多孔介质内气体预混燃烧是一种新型的燃烧技术。通过气固体间的热交换可以实现超绝热火焰温度,极大地提高燃烧稳定性,显著地拓宽燃烧贫富燃极限,有效地控制污染物排放。研究多孔介质燃烧机理和火焰特性,有助于设计开发多孔介质燃烧器。本文通过实验测量和数值模拟相结合,对多孔介质燃烧特性进行了研究,并对多孔介质燃烧的应用进行了实验研究。设计并搭建了多孔介质燃烧器,对单层惰性堆积床中的丙烷/空气预混气燃烧进行了实验研究,分析了单层堆积床内不同工作条件对火焰结构、燃烧稳定性的影响;同时对非稳态过程的燃烧波传播进行了简单的观测和分析。采用一维模型,考虑气、固之间的对流换热和气相的弥散效应,采用详细的化学反应机理和双通量辐射传递方程,对多孔介质燃烧进行数值模拟,并与实验结果进行了对比。结果表明,多孔介质燃烧能够实现超绝热火焰温度,提高火焰传播速度,减少污染物(CO,CO2)的排放。对双层多孔介质燃烧器内的贫燃料燃烧进行了实验和数值研究。分析了双层多孔介质燃烧的火焰结构、火焰稳定性能、污染物排放及燃烧器出口对外辐射性能。结果表明,双层多孔介质燃烧器具有很宽的火焰稳定范围;通过控制火焰位置可以控制出口辐射输出,而实现贫燃料低流速燃烧是提高表面辐射效率的有效途径。对双层多孔介质内甲烷/空气富燃料燃烧进行了一维数值模拟。结果表明,多孔介质内的富燃料燃烧同样可以实现超绝热火焰温度,燃烧产物中H2含量很高,验证了富燃制氢的可行性。H2的转化效率强烈依赖于预混气的当量比,选择合适的当量比是提高转化效率的关键。利用商业软件FLUENT6.2结合用户自定义标量和用户自定义函数,采用二维稳态模型和简单化学反应机理,对堆积床内丙烷/空气预混燃烧进行了数值模拟,并与实验结果进行对比。结果表明,由于壁面粘性和壁面散热的影响,多孔介质燃烧的火焰结构、密度分布和速度分布等都呈现明显的二维结构。所以在实际的燃烧器设计中应考虑壁面带来的影响。设计并搭建了带回热-换热装置的多孔介质燃烧器。实验研究了回热对燃烧温度、贫燃料燃烧极限和污染物排放的影响。结果表明,回热效果可以有效地提高燃烧温度,并拓宽贫燃料极限,在来流预混气速度等于42cm/s时,实现了丙烷/空气当量比为0.31的贫燃料燃烧。同时在燃烧器的整体热效率在当量比0.67时可以达到42%。对小尺度的多孔介质燃烧器进行了研究。在小型燃烧室(内径2cm、长2cm的圆柱形腔体)组织多孔介质燃烧,可以在较宽的当量比范围内稳定点燃和稳定燃烧。实验测量了温度和压力等参数;将燃烧室与渐缩喷管结构相结合,获得了稳定的微推力,验证了小型多孔介质燃烧推进器的可行性。