燃烧流场可视化和燃烧诊断的最新研究方向已延伸至开发非接触式、多参量定性分析、多维可视化的测量新方法。速度和温度是反映燃烧流场特性的重要参数,影响着燃烧动力学特性和燃烧机理,已成为联合表征和诊断燃烧过程的关键。融合粒子图像体测速技术和光偏折层析测温技术同时重建燃烧三维速度温度场,并以此为基础研究旋流燃烧特性。设计非预混燃烧器产生旋流火焰,构建速度和温度同时测量的实验系统,采集示踪粒子图像和莫尔条纹图像。使用三维粒子识别技术和互相关算法重建旋流燃烧三维速度场,使用条纹位移分析技术和偏折角修正迭代层析算法重建旋流燃烧三维温度场。通过实验探究旋流数和旋流叶片位置对火焰性态、速度分布、温度分布等特性的影响规律;使用计算流体动力学方法数值模拟旋流燃烧特性,并与实验结果进行对比分析。结果表明,随着旋流叶片远离空气管出口或旋流数减小,旋流燃烧高温区域变高变窄,旋流燃烧高速区域变小,旋流叶片对空气的加速能力与燃烧过程加速效应减弱。旋流燃烧中心区域的速度和温度低,随着距旋流中心径向距离的增加,速度和温度均呈先增大后减小的变化趋势。在距离喷嘴高度不同的截面上,高速区和高温区均呈现相似的封闭或半封闭的环形结构。在中心纵剖面上,V形高速区和倒U形高温区显示了燃烧流场的旋流结构,高速区和高温区小部分重合,高速区明显大于高温区并位于高温区外围。本研究的成果将助益于旋流燃烧模型和燃烧反应机理研究,指导旋流燃烧器的设计和优化。