空气中碳烟颗粒对人体和自然环境都存在着不同程度危害。火焰的不完全燃烧是产生碳烟的一个主要原因,但由于其生成和氧化的过程十分复杂,至今仍然未被很好地理解和认识,因此有必要对燃烧火焰中的碳烟进行精确的时间及空间解析,对火焰中的碳烟浓度生成过程进行测试,了解其生成规律,对于控制碳烟的生成有着重要意义。激光诱导炽光法作为一种非介入式的可视化技术,可以在不干扰燃烧的情况下进行二维测试,具有响应快、精度高等特点,近些年来越来越受到国内外重视。本文在传统激光诱导炽光法的基础上通过加入双像器等装置进行改进,实现了二维激光诱导炽光法(2D-LII)测量碳烟,此方法可以利用炽光信号自身进行标定,较传统的单点标定法更为便捷,且可以实现瞬态火焰碳烟浓度的定量测量。本文首先系统介绍2D-LII的基本原理,并对激光能量、激光波长、带通滤镜波长、ICCD拍摄参数以及Lavision控制系统的关键参数选择等问题进行了分析研究,并选取了本试验条件下的最佳参数。然后详细介绍2D-LII测试系统,主要包括了燃烧器系统和激光器,双像器,ICCD及其控制系统,并自行编写了基于MATLAB的用于本试验计算火焰碳烟体积分数的程序算法并实现其GUI界面操作。然后,在气体燃烧器上对标准乙烯扩散火焰利用2D-LII法进行碳烟浓度定量测试。为了进一步验证数据,使用单点标定LII法重复上述试验工况,将2D-LII所得碳烟测量结果在三个火焰高度(HAB)下与单点标定LII法以及消光法对相同火焰的测试结果进行对比分析。结果表明,其计算所得碳烟体积分数与采用消光法和单点标定LII的方法相比有微小差异,但在实验允许的误差范围内,2D-LII定量测量碳烟的结果和其他测量方法所得数据基本吻合,从而验证了本测试方法的有效性,为下一步试验打下了基础。接着,在液体燃烧器上,利用2D-LII法进行测试并分析了各掺混比的生物柴油-柴油、相同含氧量下生物柴油-柴油、丙醇-柴油、戊醇-柴油的碳烟生成特性以及相同掺混比下生物柴油-柴油、丙醇-柴油、戊醇-柴油的碳烟生成特性。结果表明,在相同火焰高度下,随着生物柴油的掺混比例逐渐增大,火焰的碳烟高浓度区域分布面积逐渐降低。碳烟分布在火焰轴线方向上先是逐渐增大,在火焰中间高度处达到最大,然后逐渐氧化,碳烟浓度降低,其碳烟浓区呈现先增加后减小的闭合状态。随着生物柴油掺混量的逐渐增大,火焰中具有高碳烟体积分数数值的像素点的个数逐渐降低,碳烟总量呈现下降变化规律,相对于B0火焰,B20,B40和B60火焰中的碳烟总量分别降低了37.5%,44.9%,61.8%。在保证火焰高度一致的情况下,其对减少火焰中碳烟浓度的作用并不是一种线性的关系,而是一种影响逐渐降低的过程。在相同燃油流量下,随着生物柴油掺混比的增加,燃油中的热值逐渐下降,火焰高度呈现降低的趋势,火焰的碳烟浓度也逐渐下降且和相同火焰高度的条件相比其下降趋势更加明显。在相同含氧量的条件下,由于A17.2、P33、B55含有的芳香烃成分逐渐减少,火焰区域的碳烟体积分数分布逐渐由低浓度区间像高浓度区间过渡。A17.2、P33、B55三种燃料的碳烟总量呈现降低的趋势,相比与A17.2,P33降低了28.6%,B55降低了59%。最大碳烟体积分数也呈现降低的趋势,相比与A17.2,P33降低了13.1%,B55降低了41.4%。