2.1 测量原理

PIV-PLIF同步测量系统的重要特点是可以同步测量流场与浓度场，其中PIV系统需要采集流场中散射粒子的图像，而PLIF系统需要采集流场中荧光溶液被激发的荧光图像，两者测量原理不同。

2.1.1 PIV流场测量原理

PIV技术作为一种非接触式的、瞬时的、动态的全场流速测量技术，在紊流研究中具有广泛应用。该技术的测量原理是假设流体中布撒的示踪粒子具有很好的流动跟随性，粒子速度可以代表流体速度。粒子在t时刻的位置为x（t）、y（t），粒子图像在已知时间间隔Δt内的位移为Δx与Δy。当Δt足够小时，粒子的轨迹接近直线，Δx/Δt与Δy/Δt近似等于当时当地x与y方向的流速分量u_x与u_y，即如式（2.1）所示。

2.1.2 PLIF浓度场测量原理

PLIF技术属于浓度非接触式测量，可以动态获取瞬时全场浓度信息，捕捉微小湍流结构，揭示流动的内部信息。该技术的基本原理是：激光诱导产生荧光原理。如图2.1所示，荧光物质吸收一定波长的光能后，该物质原子中的部分电子将由能量最低的基态跃迁至激发态，而激发态的原子处于不稳定状态，很快辐射出跃迁能量并返回基态能级，并伴随荧光的产生。由于激发光与发射光之间存在一定能量损失，即溶液荧光光谱中存在Stokes位移，荧光的波长总是大于激发光波长^［223］。PLIF技术利用这一现象，将荧光物质溶液掺入被测流体，以一定波长的激光片光照射被测断面，激发荧光物质产生反映浓度大小的荧光光强，通过相机采集荧光灰度图像，根据标定实验数据确定的灰度与浓度关系反演得到真实浓度场。

图2.1 荧光物质能级跃迁示意