燃料颗粒与液滴的几何参数和运动参数在燃烧和雾化中发生剧烈变化,并直接影响燃烧效率和污染物生成。固、液燃料燃烧的机理尚不完全明确,主要原因之一是缺乏对这些颗粒的定量、在线、时空分辨测量。大多数光学诊断技术只能测量单点或平面内的个别参数,例如相位多普勒分析仪(PDA)测量单点粒径与速度,粒子图像测速法(PIV)测量二维速度。数字全息技术作为一种新兴的三维成像技术,展示了对多相流中颗粒三维、多参数测量的巨大潜力。然而,数字全息仍存在一些缺陷:z轴定位精度较低;测量燃烧颗粒时易受火焰影响;无法测量雾化过程中产生液丝的三维形貌。针对以上三个问题,本文通过理论、模拟、实验结合的方法研究了数字全息燃烧和雾化测量技术,并将其成功应用于煤粉和生物质燃烧以及乙醇液滴二次雾化的三维、定量、动态测试中。为了提高数字全息颗粒测量精度,建立了平面波、球面波、含成像透镜等多种同轴数字全息图记录条件下的统一模型,以及任意球面波离轴数字全息图记录的模型,优化了光路系统的参数。然后采用基于重建图亮度和梯度的自适应阈值识别颗粒,提出颗粒边界亮度梯度方差这一定位判据,减弱了邻近颗粒的影响,实现了重叠颗粒的分离。z轴定位误差降低至30μm左右(约5个像素),约为现有水平的10%~40%。为了研究和减弱火焰对燃烧颗粒测量结果的影响,建立了火焰中颗粒的全息图形成的模型。利用该模型模拟和重建了不同火焰温度分布时的颗粒全息图,发现当颗粒位于较高温度梯度区域时,同轴全息重建图发生像散、对比度下降,定位误差增大;而由于参考光没有经过火焰区域,离轴全息重建图几乎没有影响。当颗粒位于较低温度梯度区域时,同轴全息和离轴全息受火焰影响都较小。对燃烧的乙醇单液滴和液滴群的试验研究验证了理论和模拟结果,并且证明了离轴全息可以近似测量液滴周围对称火焰的温度分布。开展了射流火焰、平面火焰中燃烧的煤粉以及生物质颗粒的数字全息颗粒轨迹追踪(DHPTV)测试研究。观察到颗粒运动、旋转、破碎,挥发分析出和燃烧,碳烟聚集等现象。在脱挥发分过程中,颗粒粒径略有增大,颗粒形貌变得更加不规则。燃烧后粒径分布曲线在40μm左右处出现次峰,来自于颗粒破碎和碳烟聚集。碳烟尾迹的运动速度大于母颗粒,两者的相对速度可近似表征气固滑移速度。为了测量三维液丝,提出了一种细条状物体三维形貌和体积测量方法。该方法先从二值化图中根据连通区域的高宽比和实心度识别细条状物体,然后自动沿着骨架和边界将物体分成小段,提取每个小段的尺寸和位置,最后缝合成完整的物体。用一根已知参数的弹簧标定尺寸误差小于25μm,z轴定位误差小于200μm。利用20 kHz高速数字全息测量了2.34 mm直径乙醇液滴二次雾化过程中产生的液丝和子液滴的动态变化过程。Weber数为11时,袋状破碎初期产生大量300μm以下的小液滴,新产生的液滴粒径逐渐增大,速度逐渐减小;然后形成一个液环边界,破碎形成少量650μm和1.1 mm左右的大液滴,导致粒径呈三峰分布。Weber数增大到25时,发生多模态破碎,产生多枝状液丝。两种液丝体积都占初始体积的90%以上。