建立了一套适合于研究粉尘云火焰传播特性的实验系统,利用该实验系统,结合粒子图像测速(PIV)技术、高速显微和高速纹影技术等,研究了锆粉云中传播火焰的特性、火焰的微观结构及其传播机理,以及粒径、浓度等因素对火焰传播的影响规律。利用PIV技术测量了喷粉结束后管道中扬尘湍流强度随时间的变化过程,得到湍流强度随时间的衰减规律。应用管法测量了粉尘云的湍流燃烧速度,同时使用微细热电偶测量了火焰传播过程中温度变化特征,得到了初始湍流强度、粉尘云浓度和粉尘粒径对湍流燃烧速度和火焰温度的影响规律。研究结果表明,火焰湍流燃烧速度和火焰温度之间成线性关系,锆粉云火焰传播过程中,燃烧区主要是通过热传导的方式向预热区传递热量,而热辐射在热量传递过程中占次要地位。分别实验研究了点火端开口和封闭时火焰的传播特性,得到了不同粒径和粉尘云浓度下的火焰形态、火焰温度和火焰传播速度等表征火焰传播特性的参数,分析了粉尘粒径和浓度对锆粉云中传播火焰的影响规律。研究结果表明,火焰温度和传播速度均先随粉尘云浓度的增加而增加,在某个浓度时达到最大值,而后均随粉尘云浓度的增加缓慢减小；对于不同平均粒径的锆粉,其最大火焰传播速度和最高火焰温度所对应的粉尘云浓度却不同；获得了四种平均粒径下锆粉云的最低爆炸浓度,得到了随锆粉平均粒径的增加其最低爆炸浓度升高的规律,并在理论上进行了论证。利用高速纹影、高速显微摄像技术,研究了锆粉云火焰传播的精细结构,以及火焰阵面前粒子的运动速度,构建了火焰的结构模型,分析了火焰的传播机理。研究结果表明,根据锆粉粒径和浓度的不同,火焰前面的预热区厚度也不同,最大厚度可达2cm左右,预热区后为燃烧区,其厚度为数毫米量级,在燃烧区最前沿约1mm范围内主要是小的锆粒子在燃烧,其后的1-4mm范围内为大的锆粒子在燃烧；锆粒子和氧气在粒子的表面发生化学反应,形成气-固表面燃烧体系。根据实验结果和理论分析推测锆粒子的燃烧过程为：锆粒子在预热区内不断升温,当其温度达到某一值时,由于热应力的作用导致锆粒子表面的金属氧化膜破裂,空气中氧气可以和纯锆接触,从而发生燃烧反应。火焰在锆粉云中传播时,相对于大粒径锆粉,小粒径锆粉对火焰传播具有更重要的作用。