随着世界经济和工业技术的不断发展,能源危机和环境污染问题变得日益严重。主要成分为甲烷的天然气燃料,是目前最有前景的能源并且在世界能源结构中变得越来越重要,天然气在使用过程中效率高、污染物排放少,已经成为在工业燃烧、交通运输行业等众多行业中广泛利用的清洁能源。然而,在工业应用中天然气燃料表现出不利于燃烧过程的一面。比如天然气应用于汽车发动机中常伴随着爆震、失火等现象,这与天然气燃料的燃烧特性密切相关。研究表明天然气混燃氢气可以有效地改善燃烧的不利特性。因此,本文开展天然气发动机台架试验,以获取活塞在燃烧始点处未燃混合物的压力范围。根据试验结果的压力范围,利用Chemkin-Pro程序结合详细的化学动力学机理进行了高压工况下甲烷掺氢的点火和层流燃烧特性的化学动力学研究。本文的主要结论如下:（1）结合点火和层流火焰速度实验数据与动力学机理的预测值,评估高压条件下多种化学反应机理预测点火和层流火焰速度的性能,在此基础上获得了高压条件下氢气分数和当量比对甲烷点火和层流燃烧特性的影响规律。（2）高压条件下掺氢和当量比对甲烷点火延迟时间的影响在高温和低温下存在差异。随氢气掺入,低温下反应（R14,R25）变得重要且通过反应路径（R86,R96,R104）的比例降低,高温下反应（R104）抑制效果变弱而反应（R2,R3）发挥重要作用,明显改变了反应路径的比例。低温纯甲烷点火动力学更多地取决于燃料浓度,CH4/H2混合物点火延迟对当量比很敏感。（3）根据层流火焰速度的增长速率可确定三种状态,即甲烷燃烧、氢燃烧以及甲烷和氢联合作用状态。无论是掺氢还是升高压力,整体的敏感性系数都增加,而层流火焰速度的变化趋势相反,贡献值分析表明这是反应系统中支化反应和终止反应之间竞争的直接结果。当量比主要通过影响与氧气和甲烷浓度直接相关的反应来改变CH4/H2混合物的层流火焰速度。本文采用联合分析方法深入地揭示了压力、当量比和氢气分数对甲烷点火和层流预混燃烧的影响机理,为发动机的爆震燃烧控制和燃料设计提供了理论指导。