全球范围内减少二氧化碳排放和缓解气候变化的努力吸引了众多工业领域的关注。在此背景下，传统发电厂正在紧急转向低碳系统。作为这一趋势的一部分，人们正在努力减少煤炭消耗。例如，天然气联合循环燃气轮机（CCGT）发电厂正在取代传统的燃煤发电厂[1]。天然气由甲烷、丙烷和其他碳氢化合物组成，因此其燃料特性会因来源而异[2]。同时，为了满足国家燃料质量标准，会混合不同的气体成分。最近，人们进一步努力利用碳中性或无碳燃料，如氢气和氨气。预计在未来，纯氢气和氢气混合碳氢化合物燃料将在发电领域变得更加普遍。随着这些多样化的燃料选择，相关的燃烧行为变得越来越复杂，给各种工业燃烧系统的燃烧控制带来了新的挑战。因此，对燃烧特性的原位监测将变得更加关键。
为了对燃烧特性进行原位监测，人们广泛研究了火焰化学发光信号。基于化学发光数据，可以预测预混火焰的整体当量比[[3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]]，并评估热释放率[10,11]。此外，还研究了火焰结构[12,13]以及富氢火焰的当量比[14]。在许多研究中，化学发光强度在特定的当量比范围内呈单调变化。
为了实际应用这些技术，需要完成两项初步任务。首先是确定不同燃料之间的化学发光特性差异，其次是收集关于燃料混合效果的广泛数据。实际上，可以通过改变预混火焰的当量比和扩散火焰（或非预混火焰）的流速来测量化学发光强度。早期研究中使用的测量系统包括Cassegrain光学系统[4,6,7]、PMT[3,4,9,10]、PLIF[[11], [12], [13]]和ICCD[4,5,7,[11], [12], [13],15]。然而，大多数先前的方法未能有效地收集到涵盖广泛燃烧条件下的所有可能组成的足够数据。例如，预混火焰的化学发光强度通常是在不同的燃料组成和当量比下测量的。此外，化学发光数据没有标准化，并受到所使用光学系统特性的影响，包括不同的相机和传感器。因此，需要一种高效的实验方法来收集足够的数据，并应实施标准化流程以消除由于光学系统多样性带来的差异。
为了提高数据采集效率，可以考虑使用边缘火焰（或三火焰）结构，该结构包括三种不同的火焰类型：贫预混火焰（LPF）、富预混火焰（RPF）以及位于预混火焰分支之间的扩散火焰（DF）。边缘火焰结构最早由Phillips在1965年提出[16]，随后人们提出了其在火焰稳定和湍流火焰重新点燃中的重要作用[17]。许多研究考察了这种结构的传播速度及其对火焰稳定机制的贡献[[18], [19], [20], [21]]。关于氢气富集的影响，许多数值研究调查了边缘火焰的传播和结构[[22], [23], [24]]。
除了边缘火焰的动态行为外，Lee等人[25]首次将边缘火焰作为整体火焰特性的光学诊断对象。他们控制了燃料浓度梯度和氮气稀释比，以在可燃极限附近稳定具有独特三火焰分支的边缘火焰。研究表明，边缘火焰的配置取决于燃料类型，并且OH、CH和C2自由基在三元图中的化学发光特性也表现出不同的趋势。然而，他们的实验使用了ICCD相机（PIMAX-2，Princeton Instruments），并且连续更换了三个带通滤光片。这种实验方法需要火焰保持静止，任何轻微的火焰移动都可能降低结果的可靠性。此外，尽管他们的实验结果受到滤光片和相机光学特性的影响，但没有提出合适的验证方法。
本研究采用了封闭边缘火焰结构，该结构在相应的可燃极限范围内展示了三种不同的火焰类型：贫预混火焰、富预混火焰和扩散火焰。使用四个装有光学带通滤光片的CCD相机同时采集了化学发光数据。通过以下程序证明了这种方法的适用性。首先，在改变当量比的情况下，从预混Bunsen火焰中获得了CH4和C3H8预混火焰的化学发光信号。其次，在适当的燃料供应条件下建立了CH4和C3H8的边缘火焰，并同时采集了它们的化学发光信号。最后，研究了氢气混合对火焰特性和化学发光的影响。
