燃烧是人类利用能源的主要手段之一,随着世界经济和科技的进步,燃烧在各个领域中的重要性将得到进一步的体现。因此,加深对燃烧学的研究是发展高效低污染燃烧技术的有效途径。但是,尽管燃烧现象对人类生活水平的提高和社会的进步具有重要意义,但随着我国经济的高速发展,能源供应状况日趋紧张,燃料燃烧产生的环境污染也日趋严重。碳氢化合物不完全燃烧形成烟黑仍然是燃烧最难解决的问题之一,它不仅关系到燃烧设备中碳氢燃料的有效利用,还关系到环境的保护与人类的健康。对烟黑的研究包括理论研究、数值模拟和实验研究等,其中实验研究是关键。本文首先详细介绍了国内外常用的烟黑测量方法及其研究现状,阐述了取样探针技术、激光技术和双色法的特点及其应用。燃烧测量科学中,燃烧火焰图像处理及可视化是一个重点,本文还详细分析了国内外燃烧火焰图像处理可视化以及辐射传递逆问题求解方面的研究现状和进展。针对非均匀吸收、发射、无散射轴对称含烟黑扩散火焰对象,常规双色法不再适用,本文基于火焰单色辐射强度信息,结合燃烧火焰图像处理技术和辐射传递逆问题求解原理,提出了一种同时重建轴对称含烟黑火焰温度与烟黑浓度分布的模型。然后分别采用了最小二乘法,正则化方法和线性规划法对这个模型进行了求解,求解结果表明在求解辐射源项H的分布中,线性规划法是最理想的。最后进行了重建其火焰温度与烟黑浓度分布的实验研究。可以看到,温度达到最大值的径向位置比烟黑浓度达到最大值的径向位置稍大,从而可以确定扩散火焰中烟黑颗粒形成区发生在火焰反应区的富燃侧。测量结果还表明,烟黑分布是烟黑形成(成核与生长)与烟黑氧化竞争的结果,而烟黑的形成与它在火焰中的位置相关,烟黑的氧化与火焰温度有关,因此火焰中烟黑的分布同火焰结构和火焰温度都有关系。