基于碳氢燃料燃烧的微动力机电系统的发展日新月异,作为其核心部件,微小型燃烧室工作的稳定性非常重要。燃烧室微小型化之后其内部的气相燃烧面临着诸多挑战,如面容比增加,壁面热损失与释热量之比增大;内部空间减小,燃料停留时间缩短;燃烧室特征尺寸接近熄火距离,火焰容易发生淬熄。因此,探究微尺度条件下气相燃烧及火焰传播的相关规律能为设计高效能的微型燃烧室提供理论依据,具有重要意义。本文在调研了国内外学者相关研究工作的基础上,对微燃烧室内甲烷/氧气预混合燃烧与火焰传播特性进行了研究,并探讨了掺混氢气对甲烷/氧气预混合火焰传播特性的影响。首先,设计了水力直径相同的三种不锈钢微燃烧室,采用实验与数值计算的方法对这些燃烧室内部甲烷/氧气的预混合燃烧特性进行了研究。研究结果表明:对于圆形、正方形与长方形三种不同截面的微燃烧室内的燃烧过程,相同当量比下预混合气体的可燃极限依次减小;入口流量相同时,圆形、正方形与长方形三种不同截面的微燃烧室内气相反应的剧烈程度依次降低;在与入口距离相同的条件下,圆形、正方形与长方形截面燃烧室的中心线上流速依次减小;在与气体流速垂直的截面上,圆形截面燃烧室流速较大但方形截面燃烧室流速梯度较小;当量比增加,燃烧室内部气相反应的剧烈程度以及外壁面平均温度都先升高后降低,在当量比相同的条件下,正方形、长方形与圆形截面燃烧室内部气相反应的剧烈程度依次降低;入口流速增加,燃烧室内部气相反应剧烈程度以及燃烧室外壁面平均温度都升高,在入口流速相同的条件下,正方形、长方形与圆形截面微燃烧室内部气相反应剧烈程度依次降低。其次,在石英玻璃微燃烧室内,进行甲烷/氧气预混合火焰传播的实验研究,得到了直径、截面形状、当量比及入口流速对火焰传播状态和火焰稳定位置的影响规律。结果表明:实验观测到的微火焰主要有管外射流火焰、脉动火焰、稳定火焰与反复熄燃火焰;随着直径增加,稳定火焰出现在更高当量比情况下,火焰位置更靠近燃烧室入口;相比于方形截面燃烧室,圆形截面燃烧室内稳定火焰对应的当量比更高,火焰位置也更接近燃烧室入口;高当量比时,稳定火焰仅在低入口流速下能够获得,随着当量比降低,火焰能在较高入口流速下稳定;低流速下,稳定火焰在当量比为1.85~1.925时更接近燃烧室入口,随着流速增加,火焰位置更接近出口;反复熄燃火焰在直径增加时对应的当量比维持在1.79~1.93。最后,通过实验的方法探究了石英玻璃微燃烧室内掺氢对甲烷/氧气预混合火焰传播特性的影响。结果表明,在掺氢条件下:掺氢比越高,稳定火焰对应的当量比越高,火焰的位置越接近出口;直径增加,稳定火焰对应的当量比也增加但增幅减小,并且直径对火焰稳定位置的影响程度降低;相比于方形截面燃烧室,圆形截面燃烧室内稳定火焰出现在更高当量比条件下,当量比相同时,圆形截面燃烧室内火焰的稳定位置也更接近入口;掺氢比为25%,流速小于0.75 m/s时,燃烧室截面形状对火焰位置的影响较大;当量比越高,稳定火焰对应的流速范围越窄,火焰位置越靠近出口。本文系统地分析了微燃烧室内甲烷/氧气预混合火焰燃烧特性,得到了不同截面燃烧室内气体的可燃极限,以及当量比与入口流速对燃烧特性的影响。并较为详细地探讨了甲烷/氧气与掺混氢气的甲烷/氧气预混合火焰的传播特性,获得了稳定火焰出现的条件及位置变化的相关规律。相关结论将为微尺度燃烧室的设计提供一定的理论依据。