微型燃烧室是微动力装置中最重要和最复杂的部分,微动力装置的迅速发展引起了人们对微燃烧火焰的研究兴趣,对其火焰的研究是研发高效、安全、稳定的微燃烧器的基础,而微尺度火焰特性并不同于宏观尺度下的特性。目前国内外对微尺度火焰特征的基础研究较少,对微尺度条件下燃烧过程的基本特性也不太了解。电容层析成像(ECT)是目前广泛研究的一种过程层析成像技术,能够呈现观测截面上的物质分布图像,是在线流型识别、多相流参数检测的有力工具,提供了实时、非干扰和全区域测量的多相流研究新方法。但在燃烧和微小尺度条件下的应用还很少见。本文采用电容层析成像方法,实现了微尺度多孔介质中燃烧火焰在线可视化监测;利用电容层析成像技术监测微尺度火焰,不但深化了对微尺度燃烧的认识,而且推动了电容层析成像技术在多孔介质领域及燃烧领域的运用研究,具有重要的理论意义及使用价值。具体内容如下:对电容层析成像系统的构成、工作原理及应用范围进行了介绍。重点介绍了电容层析成像技术在火焰监测中的应用,提出了ECT火焰监测原理是火焰电离效应的观点,分析了火焰电离效应导致了测量区域介电常数较大变化的原因;并从化学反应动力学角度进行燃烧数值计算,得到了中间离子数量,为进一步揭示火焰电离效应和分析ECT监测火焰原理奠定了基础。设计并制造了一种新型耐高温电容传感器,以满足ECT传感器在高温条件下监测火焰的应用。该传感器制造采用烧结、电镀、点焊等先进工艺;并分析了此传感器的众多优点;通过实验对传感器进行验证,分析了传感器低标定和满标定时各电极之间的测试电容值,测量结果和实际情况较吻合。搭建了微型燃烧可视化测量实验台,实现了对微火焰的在线监测;实验分别进行了低流量(小火焰)和高流量(大火焰)的可视化实验测量,分析了利用ECT得到的火焰图像(小火焰和大火焰两总情况),通过ECT图像说明微燃烧的不稳定性和不充分性。把测量中的燃烧分为不稳定燃烧阶段和稳定燃烧阶段,不稳定燃烧阶段火焰图像波动较明显,火焰区域面积不大。数值计算主要从两方面展开:一是基于计算流体力学对多孔介质内燃烧进行数值计算;另外是基于化学动力学对强化微尺度燃烧开展数值分析。并介绍化学反应动力学和燃烧的关系。对微尺度燃烧特点进行说明,并针对微尺度不完全燃烧及燃料停留时间短的特点,从化学动力学角度提出利用活性物种以强化微燃烧,并结合CHEMKIN软件模拟活性物种强化各种燃料燃烧情况。