燃烧是流场、火焰、放热相互作用的复杂化学反应现象,对流场三维速度的测量有助于深入研究燃烧机理和燃烧动力学特征。本论文在进行充分文献调研的基础上,设计完成了贫燃预混旋流燃烧实验平台,基于Tomo-PIV测试技术开展了旋流燃烧室三维速度测量,评估了实验流场重构质量和三维速度矢量场的精度,建立了旋流燃烧室速度场精确测量的方法与系统,基于实验建立的贫燃预混旋流燃烧实验平台对旋流燃烧室三维流场特征进行了详细的分析。本文的主要工作和成果如下:(1)基于Tomo-PIV测试技术,建立了贫燃预混旋流燃烧实验平台,主要包括相机系统的搭建和激光照明系统光路的布置,此外还包括实验所需的燃烧室系统、示踪粒子发生器、管路系统以及OH*火焰自发光等系统的搭建和连接。(2)通过重构质量因子、信噪比等参数量化了三维速度测量实验平台重构流场的精确度,本文的实验参数重构质量因子均大于0.75,且通过计算实验结果的信噪比为2.57,两项参数均表明本实验系统的流体重构质量良好。通过速度梯度张量和散度等参数对实验的速度矢量场进行精确度评估,同时实验将同种工况下使用Tomo-PIV技术与使用2D-PIV测试技术测量得到的速度矢量场进行比较,证明了实验测量得到的三维速度矢量场的有效性。(3)基于旋流燃烧室空间激光诊断平台进行了不同旋流数的冷态实验和不同当量比的热态实验,实现了旋流燃烧室三维速度场的测量和可视化。研究表明,旋流燃烧室内流场呈螺旋上升结构,随着旋流数增加,中心回流区轴向逆向速度变大,更大的轴向逆向速度可以卷吸更多的高温产物作为后续进入燃烧室预混气体的持续点火源,从而使火焰在更低的当量比下稳定燃烧;对比冷热态流场,热态流场的剪切层轴向速度和中心回流区轴向逆向速度更大,更大的轴向逆向速度有利于燃烧产物与未反应部分物质和能量的交换,促进燃烧反应的进行。本文为复杂燃烧机理研究和新型燃烧室设计提供了参考价值,对深入开展三维空间旋流燃烧研究奠定了基础。