Abstract The current work presents simultaneous high-resolution temperature and three-component velocity measurements taken in a series of turbulent (Re = 10,000, 20,000, and 30,000) piloted, non-premixed jet flames using filtered Rayleigh scattering (FRS) thermometry and stereoscopic particle image velocimetry (sPIV). This manuscript details the experimental approach with a key focus on the experimental protocol and specific challenges unique to simultaneous single-shot FRS/sPIV measurements in turbulent non-premixed flames. Specific areas of discussion include the experimental particle scattering rejection for FRS measurements, elimination of signal “crosstalk” between FRS and PIV channels, tracer particle selection, data processing for noise removal, and spatial resolution for both the temperature and velocity measurements. Sample joint temperature/velocity fields are presented highlighting interactions between the flow turbulence and the temperature fields, and a detailed statistical assessment of the temperature and velocity measurements demonstrates the quantitative nature of the results. Dissipation spectra from the measured temperature and velocity fluctuations are used to assess the true spatial resolution of the measurements. Results indicate that the sPIV measurements are resolved well into the dissipative range and the highest spatial frequencies (smallest dissipative scales) are resolved for the temperature measurements under all flame cases and measurement locations. The current joint FRS/sPIV approach enables the first simultaneous single-shot temperature/velocity imaging in turbulent non-premixed flames. Graphic abstract

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在湍流非预混火焰中同时进行二维滤波瑞利散射测温和立体粒子图像测速测量

摘要 目前的工作提出了使用过滤瑞利散射 (FRS) 温度测量法和立体粒子在一系列湍流 (Re = 10,000、20,000 和 30,000) 引导的非预混合喷射火焰中同时进行的高分辨率温度和三分量速度测量。图像测速 (sPIV)。这份手稿详细介绍了实验方法，重点关注在湍流非预混火焰中同时进行单次 FRS/sPIV 测量的实验协议和特定挑战。讨论的具体领域包括 FRS 测量的实验粒子散射抑制、消除 FRS 和 PIV 通道之间的信号“串扰”、示踪粒子选择、用于消除噪声的数据处理以及温度和速度测量的空间分辨率。展示了样本联合温度/速度场，突出了流动湍流和温度场之间的相互作用，温度和速度测量的详细统计评估证明了结果的定量性质。来自测量温度和速度波动的耗散谱用于评估测量的真实空间分辨率。结果表明，sPIV 测量结果很好地解析到耗散范围内，并且在所有火焰情况和测量位置下的温度测量中都解析了最高空间频率（最小耗散尺度）。当前的联合 FRS/sPIV 方法能够在湍流非预混火焰中实现第一次同步单次温度/速度成像。图形摘要 温度和速度测量的详细统计评估证明了结果的定量性质。来自测量温度和速度波动的耗散谱用于评估测量的真实空间分辨率。结果表明，sPIV 测量结果很好地解析到耗散范围内，并且在所有火焰情况和测量位置下的温度测量中都解析了最高空间频率（最小耗散尺度）。当前的联合 FRS/sPIV 方法能够在湍流非预混火焰中实现第一次同步单次温度/速度成像。图形摘要 温度和速度测量的详细统计评估证明了结果的定量性质。来自测量温度和速度波动的耗散谱用于评估测量的真实空间分辨率。结果表明，sPIV 测量结果很好地解析到耗散范围内，并且在所有火焰情况和测量位置下的温度测量中都解析了最高空间频率（最小耗散尺度）。当前的联合 FRS/sPIV 方法能够在湍流非预混火焰中实现第一次同步单次温度/速度成像。图形摘要 来自测量温度和速度波动的耗散谱用于评估测量的真实空间分辨率。结果表明，sPIV 测量结果很好地解析到耗散范围内，并且在所有火焰情况和测量位置下的温度测量中都解析了最高空间频率（最小耗散尺度）。当前的联合 FRS/sPIV 方法能够在湍流非预混火焰中实现第一次同步单次温度/速度成像。图形摘要 来自测量温度和速度波动的耗散谱用于评估测量的真实空间分辨率。结果表明，sPIV 测量结果很好地解析到耗散范围内，并且在所有火焰情况和测量位置下的温度测量中都解析了最高空间频率（最小耗散尺度）。当前的联合 FRS/sPIV 方法能够在湍流非预混火焰中实现第一次同步单次温度/速度成像。图形摘要 结果表明，sPIV 测量结果很好地解析到耗散范围内，并且在所有火焰情况和测量位置下的温度测量中都解析了最高空间频率（最小耗散尺度）。当前的联合 FRS/sPIV 方法能够在湍流非预混火焰中实现第一次同步单次温度/速度成像。图形摘要 结果表明，sPIV 测量结果很好地解析到耗散范围内，并且在所有火焰情况和测量位置下的温度测量中都解析了最高空间频率（最小耗散尺度）。当前的联合 FRS/sPIV 方法能够在湍流非预混火焰中实现第一次同步单次温度/速度成像。图形摘要