针对当前化石燃料的使用引起的日益严峻的环境问题和能源短缺问题,探寻清洁的可替代能源和探究燃烧机制以实现燃料的高效燃烧是两种重要的解决手段。合成气是一种以一氧化碳和氢气为主要成分的混合物,其原料广泛,制备方法多种多样。目前,合成气已在 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)发电中得到广泛的应用。但是,由于合成气制备方式的差异,造成合成气中组份的含量变动较大,进而引起燃料理化性质的差异。针对合成气/空气层流和湍流预混燃烧展开研究,能够建立合成气/空气湍流预混燃烧的基础数据库,为湍流燃烧的优化和发展提供必要的数据保障。此外,随着对合成气/空气湍流预混燃烧机制认识的进一步加深,使得合成气/空气湍流燃烧效率的进一步提高也成为可能。建立了湍流定容燃烧弹实验台,主要包含定容燃烧弹弹体、湍流生成系统、同步触发系统、配气系统、点火系统和图像采集系统组成。基于旋流与射流相结合的理念设计湍流生成系统,并通过风扇与孔板相结合的方式实现了湍流强度的可控,采用纹影系统和高速摄像机相结合的方法实现了燃烧的可视化。基于所搭建的湍流定容燃烧弹实验平台,获得了合成气/空气层流和湍流预混燃烧的实验数据。研究了氢气比例、当量比和初始压力对有效Le数、密度比和火焰厚度的影响规律,分析了合成气层流预混火焰固有不稳定性的影响机制;通过对火焰锋面的失稳特性进行提取,研究了火焰锋面裂纹的演变特性,获得了当量比、氢气比例和初始压力对裂纹演变的影响规律,明确了火焰锋面的膨胀速度和火焰锋面局部拉伸影响下的火焰锋面胞分裂速度之间的不均衡是引起裂纹无量纲传播速度的振荡式增长的主要原因,揭示了火焰固有不稳定性对火焰锋面胞状化进程的影响机制。针对合成气/空气层流预混火焰的非线性传播特性开展实验研究。研究了不同初始压力下当量比和氢气比例和对合成气层流燃烧速度的影响规律,验证了 GRI 3.0机理和USC Ⅱ机理对层理燃烧速度的预测的准确性,USC Ⅱ机理的预测值更接近于实验值,分析了核心基元反应对层流燃烧速度的影响机制;研究了当量比、氢气比例和初始压力对合成气/空气层流预混火焰两阶段自加速传播的影响规律,明确了火焰固有不稳定性的增强能够使过渡阶段所占的比重降低,饱和阶段所占的比重增加;研究了火焰固有不稳定性与火焰两阶段自加速的加速指数和分形超量的相关性,探讨了火焰拉伸对火焰自加速特性的影响机制。研究了合成气/空气湍流预混火焰锋面结构特性,研究了火焰锋面大尺度褶皱区域的平均面积、均匀性的演变特性,发现了湍流和火焰固有不稳定性能够促使火焰锋面大尺度褶皱的平均面积增大,不同褶皱区域的面积差别变大;探讨了湍流强度、当量比和氢气比例对火焰锋面曲率分布特性的影响规律,明确了湍流和火焰固有不稳定性的增强均能够引起火焰锋面曲率的分布范围增大,曲率相对较小的组分所占的比重逐渐降低;采用小波分析对火焰锋面结构进行多尺度分解,获得了火焰锋面不同尺度扰动的能量及不同尺度扰动的相关性,发现了湍流能够促使不同尺度扰动的波动程度加剧、扰动能量增强,分析了湍流对火焰锋面结构的影响机制,明确了火焰锋面不同尺度扰动的之间不存在明显的相关性。研究了合成气/空气湍流预混火焰的传播特性。研究了合成气/空气的湍流预混火焰的分区,分析了湍流对湍流预混火焰分区的影响和不同燃烧模式对火焰锋面结构的影响。研究了合成气湍流预混火焰的自相似传播特性,发现了氢气比例和当量比对湍流火焰自相似传播的影响规律,明确了氢气比例增大或当量比降低引起的Ma数降低对合成气湍流预混火焰自相似传播的影响呈现出完全相反的规律。研究了湍流强度、氢气比例和当量比对合成气/空气湍流燃烧速度的影响规律,发现了Re 和Da与uT/uL分别呈正相关和负相关。研究了湍流对合成气湍流预混火焰锋面局部结构和局部速度相关性的影响机制。