生的散射即称瑞利散射。瑞利散射的频率响应高于任一目前基于激光的其他测量方法。瑞利散射强度可表示为
’(% +" +"
.
" % & )* ( +) * ( +)
,--,--
式中/—
—聚光系统的标准常数
% —
—入射激光强度；
———聚光立体角；
&———反射到探测中激光束段的长度；
0———试验压力；
(% —
—阿伏伽德罗常数，12 %33%45 6 7%31分子数（89:;<=）；
)—
—通用气体常数；
*———绝对温度。
（3）湍流火焰中瑞利散射测量
图 > ?@ ?>示出共型湍流火焰试验器。这是一台引风式风洞，在试验段上游轴对称喷射燃料，试验段为全窗式，横截面为矩形，7A%B;CA%B;，长 3%%B;。燃料喷嘴内径为 %2 5AB;，燃料混合物（氢气中含 %2 33;<=的氩）整体速度为 754; 8 "，共流空气速度为 >2 5; 8 "，射流雷诺数 ),为 34%%%。其光路人口用于多种激光诊断，设备保持固定，而整个燃烧通道可以在三个方向上改变。应用该设备可以进行下述试验：
在等瑞利横截面下，测量湍流燃烧温度，即是瑞利散射强度的变化影响燃气温度的变化，从而测出沿火焰中心线几个不同轴向位置的火焰概率温度分布。
在等温条件下，测量摩尔比，即是瑞利散射强度的变化是由于有效瑞利微元横截面的变化引起的摩尔比的变化产生的。
%在等 " D 8 ;D下，测量密度，此种情况下，燃料、氧化剂和产物每一个都具有相同的 " D 8 ;ED值，" D为微元横截面积，;D为燃料、氧化剂或燃烧产物的分子量。
32湍流火焰的拉曼散射测量
（7）拉曼散射
当一频率为 -%的单色光入射到透明的气体、液体或固体介质上，除了可以观察到原来频率 -%的光外，还可以观测到频率为 --% F-)的新的光信号，这种频率发生改变的光散射称之为拉曼散射，它是以印度科学家拉曼（ 2 G2 )H;HI）命名的。
拉曼频移八通常与分子的转动能级、振动能级和电子能级之间的跃迁相联系。新频率。的谱线构成拉曼光谱。散射光的频率小于入射光频率（ -"-% ?-)）称为斯托克斯光，相 •77J1•
图 > ?@ ?>/用于多种激光诊断的湍流燃烧试验器
反，当散射光频率大于入射光频率（ " %&）称为反斯托克斯光。
当频率为 的单色辐射入射到分子中产生频率为的感应振荡偶极子，然后这些振荡偶极子再被频率 ’&的分子振动调制形成 (&的新振荡偶极子。拉曼散射就是由这些频率为 (&的感应振荡偶极子引起的。
根据能量转移原理，频率 的入射光可以看作具有能量为 )的光子，当该光子与分子碰撞时，一种情况是前述的弹性碰撞，光子与分子无能量交换，光子仅改变运动方向，这即是瑞利散射；另一是非弹性碰撞，这时不仅光子运动方向改变，而且光子与分子有能量交换，使光子能量也发生改变，如果分子原来处于低能级 *+的状态，非弹性碰撞的结果，使分子从光子那儿获得一部分能量，而跃迁到正 ,，这时光子的频率为 "，即是斯托克斯线，它为
*, -* +
-
式中 .)———普朗克常数。" )如果分子原来处于高能级 *,状态，那么非弹性碰撞结果将使分子由高能级 *,跃迁到低能级 *+状态，光子获得能量 *, -*+，从而使光子频率变为 "，即反斯托克斯频率，则
*, -* +
/ -
)斯托克斯频率和反斯托克斯频率与入射光频率之差 (称为拉曼频移，斯托克斯线和反斯托克斯线的拉曼频移相等： ( -" / - （ * -* +）’)常温下处于低能级 *+状态的分子数要比处于高能级,*,状态的分子数多得多，因此，斯托克斯线总比反斯托克斯线强，这也是自发拉曼散射总是主要研究斯托克斯散射的缘故。
在燃烧过程研究中，双原子分子的拉曼光谱是十分重要的，这是因为在空气中或燃烧系统中 01和 ,是主要成分，而且这些同核双原子分子由于其结构的对称性，它们没有固定的偶极矩，因此它们没有红外光谱。通过了解燃烧系统中拉曼光谱的变化来研究燃烧室中温度和浓度的变化。
一个双原子分子的拉曼频移是由转动频率或振动频率，或它们两者的缔合决定的。通常振动—转动拉曼光谱更适合于火焰测量，因为相对地消除了不同成分光谱的重叠。自发拉曼光谱仪的突出优点是光电倍增管的累积负荷 23与激光器能量 24和成分浓度 03呈线性关系，即
23 5324 03（36）式中，比例常数 53取决于振动拉曼横截面积、波长和聚光效率，并且通过标定确定。在室温和常压下由燃气样品的振动—转动拉曼散射进行标定；带宽因子 3
（ 6）计及了与温度相关的分子在其所允许量子态下的分布， （36）包括光谱位置、形状、光谱仪带宽和激光器带宽诸因素的影响。对于 0 、和 7 可以计算出 3。对于像 7 （ 6）的
，（ 6）8的三原子分子， 3计算值可用性较小。因此,，标,定后,，要测量成分浓度就必须同时测,量激光器脉冲能量、拉曼信号和温度。若引入守恒标量 "，代表燃料和产物浓度的代数和，为一反应标量，即《与化学反应过程无关，在化学反应中 "是守恒的， "的变化仅仅是由于湍流和分子输运产生的。在发动机喷 •++:9•
管中产生的原子局部瞬态浓度除以总原子浓度的值就是一个守恒标量，在喷管中，该值为 ，在自由空气流中为 "。其中（是由测量氮的拉曼信号确定的。贫燃料时，建立 "关系；富燃料时 %&’ ( )&，可建立 )& "关系。
（&）测量结果
标量 &、)&"、)&、 ( %和 *的平均值随原子混合比 +的变化。根据这些原子混合比应用数据换算程序可以求得总燃气密度和温度随径向距离的变化。 ,-速度—标量的联合测量湍流流动的输运速率比非湍流中产生的分子输运速率大几个数量级。这些较高的输
运速率是速度脉动量（./，0/，/，）间的相互关系和速度与标量脉动量 1/、密度 /或各成分浓度脉动量间关系共同作用的结果。
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