气化炉内火焰及颗粒的结构、分布和反应状态等与气化炉的操作条件密切相关，直接影响炉内温度分布、颗粒破碎、附壁沉积等炉内过程。为了对气化炉内火焰及颗粒特性进行深入了解，本文基于多喷嘴对置式水煤浆气化热态实验平台及各类可视化成像仪器，对气化炉内撞击火焰CH*辐射发光特性及颗粒演化、沉积特性开展可视化研究。　　(1)基于带通滤光原理提出一种可同时扣除火焰中碳黑和CO2*背景辐射的图像处理方法，经轴对称层流甲烷火焰验证有效后，应用该方法结合由高分辨率工业相机、高温内窥镜和带通滤光片组成的成像系统得到柴油气化撞击火焰CH*辐射发光二维分布。探究了撞击对CH*分布的影响、不同类型撞击火焰的撞击强化作用、撞击区新反应中心的形成原因以及气化炉内火焰举升长度的控制因素。结果表明，撞击作用使火焰下游的CH*分布更加均匀，两喷嘴撞击效应不足以在撞击区形成新的反应中心。而四喷嘴撞击因为形成了约束流场并改变了撞击区的湍流强度，撞击区出现新的反应中心。四喷嘴撞击在氧碳当量比([O/C]e)较低时强化反应的效果更好。气化炉内火焰的举升长度主要由合成气浓度和柴油雾化效果两个因素共同控制。撞击作用在一定程度上减小火焰的举升长度。利用CH*辐射强度近似预测多喷嘴对置式气化炉内的合成气浓度是可行的。　　(2)将光学分层成像法应用于气化炉水煤浆气化时颗粒演化特性可视化研究。成像系统由高速摄像机/高速工业相机配合轴向高温内窥镜组合而成，经标定后采集气化炉轴向不同空间的颗粒图像，结合图像处理技术统计分析颗粒的类型和转化规律、颗粒破碎、颗粒形状及粒径分布等特性。结果表明，气化炉不同空间区域的颗粒类型不同，不同类型的颗粒可相互转化，带有高温尾迹的低温颗粒可以逆向转化为带有低温尾迹的低温颗粒。喷嘴平面的颗粒主要呈圆形或类圆形，通常发生爆裂破碎，破碎概率较低。大多数粒径较大的颗粒在气化炉喷嘴平面以上100-300mm空间内脱除挥发分并发生外部破碎和中心破碎，其中发生外部破碎的颗粒约占三分之一，其余三分之二则发生中心破碎。破碎导致该区域内的颗粒外形不规则。喷嘴平面以上400mm至气化炉拱顶区域，颗粒主要为焦炭，因发生气化反应而破碎，破碎概率相对较高。颗粒在焦炭气化阶段的破碎比脱挥发分阶段更加频繁。越靠近气化炉拱顶，颗粒的中值粒径越小。　　(3)采用高速摄像机/高速工业相机配合不同视场方向的侧面高温内窥镜研究了气化炉水煤浆气化时颗粒附壁沉积特性。将颗粒的壁面沉积行为划分为四种类型，统计分析了炉内颗粒发生不同类型沉积行为的概率，并考察了降低操作温度对颗粒沉积行为产生的影响。结果表明，气化炉内颗粒发生的四种沉积类型分别为颗粒撞击壁面后粘附、颗粒撞击壁面后反弹、颗粒撞击壁面粘附后再脱离以及颗粒撞击壁面后破碎。高温颗粒撞击壁面后易粘附，其概率高达75.70％，而低温颗粒撞击壁面后发生粘附和反弹的概率均相对较高，分别为39.50％和45.50％。高温和低温颗粒撞击壁面后破碎的概率均较低(≤2.50％)。操作温度降低导致耐火砖表面形成了一层低温灰渣沉积层，对颗粒沉积特性产生明显影响。不同粒径、不同温度的颗粒在沉积层上的沉积行为区别较大。中等粒径的高温颗粒在灰渣沉积层表面发生滚动而脱落。粒径和运动速度均较大的低温颗粒撞击后将嵌入沉积层内部，其温度逐渐升高，继续发生反应使颗粒体积缩小。低温灰渣沉积层将发生特有的脱落现象，包括滑动脱落、翘起晃动脱落以及卷起断裂脱落三种模式。