天然气当量燃烧结合EGR可以减少污染物的排放,应用时也不必对发动机进行过大改动,因此该技术具有不错的应用前景。层流燃烧是基础燃烧中的一个重要的研究方向,其对湍流燃烧的理论研究和燃料的实际应用都有着重要的指导意义。本文基于定容燃烧弹试验台及纹影系统进行了天然气-稀释气定容预混燃烧试验,运用纹影法计算了层流燃烧速率,并且分析了火焰稳定性规律。此外,运用Chemkin-Pro气相化学动力学软件包计算了层流燃烧速率、反应物及产物和重要自由基的浓度特征。基于层流燃烧速率的模拟值分析了初始条件耦合下层流燃烧速率的分布及等量规律,并且分析了层流燃烧速率等量条件下的火焰稳定性规律、重要自由基浓度特征以及总体燃烧情况的差异。研究了初始条件对燃烧速率、火焰稳定性、火焰结构及自由基浓度的影响,结论如下:拉伸与无拉伸火焰传播速率和层流燃烧速率随当量比增大先增大后减小,其峰值出现在Φ=1.1~1.2的位置。随着初始温度增大,层流燃烧速率单调增大;随着初始压力和稀释率(二氧化碳比例)增大,层流燃烧速率单调减小。混合气越浓(当量比越大)、初始压力越小时,马克斯坦长度越大。当量比较小时,马克斯坦长度随初始温度增大而减小,当量比较大时,初始温度对马克斯坦长度的影响不明显。在当量比小于0.9时,增大稀释率会使马克斯坦长度减小;在当量比大于0.9时,增大稀释率会使马克斯坦长度增大。混合气越浓、初始温度越高和稀释率越低,火焰的优先扩散不稳定性越弱,初始压力变化对火焰优先扩散几乎没有影响。初始温度增大、稀释率增大和初始压力减小,则火焰的流体动力学不稳定性减弱。反应物及反应产物的浓度分布随各初始条件变化不大(二氧化碳除外,由于其浓度随稀释率增大而增大)。OH、H、O三种自由基与层流燃烧速率关系密切,初始温度增大、初始压力和稀释率减小会使三种自由基的最大浓度增大。OH+H的最大浓度与层流燃烧速率相关性极高。分析了初始条件耦合下层流燃烧速率的分布规律及等量影响,结论如下:层流燃烧速率因初始温度、初始压力和稀释率的耦合而呈现一定的分布规律,层流燃烧速率越大的区域(高温、低压、低稀释率),层流燃烧速率对耦合的初始条件的变化更敏感。在耦合初始条件得到等量层流燃烧速率方面,耦合条件为初始温度和稀释率时,耦合初始条件的变化规律几乎不变(即一个初始条件变化Δa时,另一个初始条件变化Δb,这两个值不随层流燃烧速率变化而变化)。耦合初始温度和初始压力且初始压力变化值不变时,层流燃烧速率越小的区域,初始温度变化越小;层流燃烧速率越大的区域,初始温度变化越大。耦合初始压力和稀释率且初始压力的变化一定时,层流燃烧速率越小的区域,稀释率变化越小。对于层流燃烧速率等量的工况,其燃烧压力、燃烧温度、放热率和燃烧持续期存在一定差异。