仪器仪表学报

作者：吴军，骆恒利，秦炀，邓祥吉，曹纲正

单位：吴军,中国民航大学航空工程学院天津300300,wujuncauc@163.com,骆恒利,中国民航大学航空工程学院天津300300,,秦炀,中国民航大学航空工程学院天津300300,,邓祥吉,中国民航大学航空工程学院天津300300,,曹纲正,中国民航大学航空工程学院天津300300,

关键词：背景纹影法;偏折角解析;非轴对称温度场;角动量守恒;Radon逆变换

基金：国家自然科学基金(52375557)、天津市科技计划(24JCYBJC00160)、中央高校基本科研业务费(3122024PT07)项目资助

燃烧温度场的测量对于燃烧场分析有着重要意义。背景纹影法作为一种非介入式光学测量技术，具备设备简单、可实现全场测量等优点，近年来被广泛应用于燃烧温度场的重构。然而传统背景纹影法求解光线偏折角时局限于平行近轴光路假设无法建立其精确解析解，在非轴对称温度场重构过程中会产生较大误差，且降低了量值的可溯源性，故提出一种基于角动量守恒原理的非轴对称温度场重构方法。该方法的创新核心在于，将角动量守恒定律引入光线偏折角的求解过程，为复杂流场中的光线传播构建了更为精确的解析模型。该方法首先通过图像互相关算法分析有无火焰的背景图像，获取各视角下的散斑偏移量。选取同一高度平面上的偏移量数据，基于角动量守恒原理计算光线偏折角，并利用Radon逆变换反演归一化折射率差分布。随后，依据描述折射率与气体密度关系的Gladstone-Dale公式，并结合理想气体状态方程，将通过反演得到的折射率分布，换算为对应的温度场分布。实验结果表明，相比传统方法，基于角动量守恒方法重构的温度场精度显著提升，尤其在温度梯度最大的峰值区域，提升尤为显著，且整体温度场重构误差下降约30%以上，能够实现非轴对称温度场的重构。所提方法，能有效提升温度场重构精度，拓展了背景纹影法的应用范围。

来源：2025年第11期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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