随着环保意识的逐步增强和排放标准的日益苛刻,国内外众多研究机构纷纷开始探讨降低燃烧污染物排放的方法和途径。研究表明,采用二甲醚(DME)等替代燃料或者添加燃料可以有效地降低污染物排放。由于DME具有清洁、高效、低污染、易制取等众多优点而成为应用最为广泛的替代燃料之一近些年,DME的燃烧特性得到国内外大量学者的广泛研究。但是相对于DME预混火焰,其扩散火焰的燃烧特性,尤其是其抬升特性至今仅有普林斯顿的Ju Yi Guang等进行了研究。抬升现象是常见的火焰稳定性问题之一。由于抬升火焰的实验装置简单,但是包含的物理、化学现象非常复杂,火焰的抬升特性以及稳定机理得到学者们广泛的研究。但是,抬升火焰的抬升判据和稳定机理至今仍未有明确的结论。本文采用实验、理论分析和数值模拟相互结合的方法,研究了常温下丙烷火焰分别在氮气稀释和氧气稀释下的抬升特性,分析了稀释以及燃料中氧原子对火焰抬升特性的影响；并研究了DME火焰在氮气稀释、喷嘴直径变化以及预热温度变化条件下的抬升特性。最后,采用数值模拟方法计算了丙烷火焰的抬升高度,并与实验结果进行了对比。本文主要研究内容和结论如下：1.针对丙烷单喷嘴层流射流扩散火焰,本文首先采用实验方法研究了N2稀释对丙烷层流稀释扩散火焰抬升特性的影响。结果表明,稀释剂的加入减小了物质的化学活性,降低了其绝热火焰温度,为了达到火焰的稳定条件—当地流动速度与火焰传播速度的平衡,使得抬升火焰的稳定点向下游移动。此外,丙烷实验中采用向燃料中添加氧气的实验方法,研究了燃料中的氧原子或者稀释剂中的氧气对火焰抬升特性的影响。用于分析DME抬升特性不同于其它不含氧碳氢燃料的原因。实验结果表明,氧气稀释下的丙烷火焰,其抬升特性曲线由稳定抬升区向直接吹熄区过渡,当氧气体积分数达到一定值时,不能通过直接增大燃料或者稀释剂体积流量(即射流速度)获得稳定的丙烷稀释抬升火焰,丙烷在氧气稀释条件下的火焰呈现与DME相同的抬升特性一稳定的抬升火焰,只能通过远场点火获得。2.DME抬升特性的实验研究主要包括以下三个方面的内容：1)通过对0.43mm直径喷嘴下DME火焰在N2稀释条件下抬升特性的实验研究,研究了稀释剂体积分数(混合物的Sc数)以及喷嘴出口射流速度对DME火焰抬升特性的影响,并对比了DME与丙烷抬升特性的异同。2)实验中采用6个不同直径的喷嘴,研究了DME火焰的抬升特性随喷嘴直径的变化。随着喷嘴直径的增加,DME火焰呈现出4种不同的抬升特性。在小直径下(0.17mm),火焰从稳定的附着火焰直接吹熄并未出现稳定的抬升火焰；随着喷嘴直径的增大(0.25mm,0.386mm,0.43mm),稳定的抬升火焰可以通过远场点火获得；当喷嘴直径增大到0.693mm,可以直接通过增大燃料或者稀释剂流量获得稳定的抬升火焰,当然,远场点火也可以获得稳定的抬升火焰；当喷嘴直径持续增大到1.152mm时,除了上述几种方法,直接固定稀释剂流量减小燃料流量也可以获得稳定的抬升火焰。3)采用喷嘴出口内径为0.693mm的不锈钢直管喷嘴,温度控制采用PID调节。DME与N2的体积流量比固定为1/0.9,从而保证混合物的Sc数保持不变。与常温实验相比,对DME以及氮气进行预热后,常温下稳定的附着火焰变得不再稳定,随着入口温度的增加有可能直接抬升或者吹熄,且相同流量下其火焰抬升高度随温度的增加而增加。此外,在实验过程中,随着入口温度的增加,依次出现三种不同的抬升火焰：稳定抬升火焰(火焰抬升高度基本不变或者变化很小),稳定振荡抬升火焰(火焰抬升高度呈近似正弦曲线变化,有一定规律可循)以及不稳定振荡抬升火焰(火焰抬升高度剧烈变化,很难发现其振荡周期与频率)。对于振荡抬升火焰,其振幅和频率随着入口温度的增加而增加,且与常温下的DME抬升火焰一样,其火焰根部呈三叉火焰结构。3.抬升火焰的理论分析方面,采用Landau-Squire的圆形射流自模拟相似解分析了拉伸效应和火焰弯曲对三叉火焰传播传播速度的影响。采用三种不同的模型计算了丙烷与DME火焰的理论抬升高度,并与实验结果进行了对比,结果表明,火焰拉伸效应对于火焰抬升高度以及临界Sc数都有着重要的影响。4.采用Fluent计算软件,选用层流有限速率模型、丙烷-空气一步总包反应机理对丙烷层流射流火焰的抬升特性进行了数值模拟。与大量实验值进行对比得到一致结果后,模拟了不同稀释程度下丙烷火焰的抬升特性,并计算了不同温度下的火焰拉伸效应。