碳烟是燃料燃烧不完全的产物,是造成能源损耗和环境污染的重要因素。同时,烟气亦是多数火灾事故中造成人员伤亡的罪魁祸首,烟气会造成火场能见度的降低,导致人员疏散困难,碳烟颗粒也会被直接吸入人的呼吸道,造成窒息伤亡。故对燃料燃烧过程中的碳烟含量进行准确测定,以及对碳烟生成特性和影响因素进行研究,对实现降低燃烧过程的碳烟排放量以提高能源利用率、降低环境污染、减少火灾事故中的人员伤亡具有重要的社会应用价值。快速准确地获取火焰中的碳烟颗粒含量,是对碳烟形成特性和发烟量控制方法进行深入研究的前提。综合比较现有的碳烟检测方法,选择精度较高且实验成本相对较低的消光法作为本次研究的基本技术手段,通过对消光法求解算法的深入研究,基于Matlab平台开发了一套可以实现图像处理和消光法算法求解的软件程序,并自主搭建了一套消光法的实验平台,以获取激光火焰图像、火焰图像、激光图像和背景图像四张图像作为消光法计算求解的原始数据。为了验证算法程序和实验平台的可靠性,分别以乙烯/空气和丙烷/空气层流扩散火焰为实验对象开展测试实验,将测试结果与前人的实验结果的进行对比,结果显示:乙烯火焰和丙烷火焰的测试结果均与前人的实验结果体现较高的一致性,其不同高度的峰值相对误差基本控制在8.13%以内,且主要误差来源于火焰根部和火焰尖部受火焰形态影响较高的区域,在火焰中部区域,同一高度的碳烟体积分数在径向方向上的峰值相对误差基本控制3.84%以内。综上所述,本次研究中搭建的消光法实验平台和自主编写的算法程序对碳氢火焰中碳烟含量的测定具有较高的可靠性和适用性。为进一步探讨水蒸气含量对碳氢火焰中碳烟生成特性的影响,在消光法实验系统中增设了一套雾化加湿装置,分别展开对乙烯和丙烷火焰在不同水蒸气含量下的碳烟浓度测定试验。通过对0%、5%、8%、12%和15%水蒸气含量的5工况进行实验,结果显示:在火焰形态上,水蒸气含量的增加会导致火焰亮度的变暗,并对火焰形成拉伸作用。在碳烟含量上,水蒸气含量的增加,会导致火焰中碳烟含量整体水平的下降,但抑制效应呈现随着火焰高度的增加而逐渐减弱的特征。另外,通过对前人在水蒸气对火焰碳烟生成特性影响机理提出的温度效应、氧气稀释效应和化学反应效应3种作用形式进行详细的讨论,发现该结论在本研究的实验结果中具有高度的适用性,论证了该结论可靠性的同时,说明了本次实验结果具有较高的准确性和适用性。