扩散火焰的结构形状与脉动特性是扩散火焰的重要方面，本文以O2/N2和O2/CO2两种气氛下的层流扩散火焰为对象，研究了其火焰结构形状和脉动特性。本文基于Roper模型对火焰形状进行了理论求解，主要分为三个主要部分：控制方程的无量纲化，无量纲方程的求解和柱坐标的求解。求解出了O2/N2和O2/CO2气氛下不同氧气体积百分浓度的无量纲层流扩散火焰形状。我们发现随着氧气体积百分浓度的增加，O2/N2和O2/CO2气氛下不同氧气体积百分浓度的无量纲火焰形状有变低变窄的趋势；而氧气体积百分浓度相同的不同气氛下，无量纲火焰形状是一致的，燃料一定时，氧化剂氧气体积百分浓度决定了无量纲火焰形状。同时，在柱坐标求解过程中针对火焰区域的温度分布和速度分布我们对Roper模型进行了改进，以使其增强火焰宽度计算的准确性。本文利用一套实验室层流扩散火焰实验台获取O2/N2气氛和O2/CO2气氛下各个工况的轴对称乙烯层流扩散火焰图像及经过430nm滤色片过滤的火焰图像，目的在于获取更接近火焰真实边界的火焰图像。在得到火焰图像后，将Roper模型求解出的火焰形状和Roper改进模型求解出的火焰形状与之进行对比分析。研究表明430nm滤色片能够减弱炭黑发光对火焰面获取的影响，加滤色片拍摄得到的火焰图像边界与真实火焰面更加接近。O2/N2气氛和O2/CO2气氛下，相对于基于恒定温度场计算出的火焰形状，基于温度分布计算出的火焰形状能够更好与实验观测火焰形状吻合；基于温度分布的计算中，匀加速假设和变加速假设计算出的火焰形状大体一致但略有不同，总体来说，变加速假设更接近实验观测值。相同氧气体积百分浓度条件下，O2/CO2气氛下的火焰高度观测值和计算值都比O2/N2气氛的大，宽度观测值和计算值也较大。随着氧气体积百分浓度的上升，两种气氛计算值与观测的差异会增加，但是O2/N2气氛工况的差异很小，相比之下，O2/CO2气氛工况的差异较大。本文以高速成像为实验方法，研究了自然射流、空气伴流、O2/N2富氧氧化剂伴流和O2/CO2富氧氧化剂伴流的四种情况乙烯扩散燃烧过程中各种工况火焰脉动的规律性。射流扩散火焰的脉动产生的根源在于扩散火焰面的外侧会出现的涡旋结构。氧化剂伴流会抑制扩散火焰脉动的程度。随着伴流氧化剂流量的增加，扩散火焰脉动的频率增加，最后稳定在某一特定值上。不同的伴流工况火焰脉动频率与流量会有不同的关系，本文根据实验数据拟合出了各工况的频率伴流氧化剂流量关系。