由于氢气和碳氢燃料的能量密度比电池高出了数十倍,因此基于燃烧的微小型动力装置和系统具有巨大的发展潜力。但是微小尺度下的燃烧面临着散热损失大、燃料滞留时间短等问题,火焰稳定性较差。而且对于微小尺度下的非预混燃烧,其燃料和氧化剂的混合问题让火焰稳定性进一步降低,从而出现许多不同于常规尺度的火焰传播模式。鉴于目前对微尺度下非预混燃烧的研究还远远不足,本文对Y形微燃烧器内氢气-空气非预混火焰进行了研究,通过实验与模拟的方法对不同工况下的火焰传播动态特性和驻定的边界火焰特性进行分析与讨论。实验中一共发现了八种火焰传播模式,包括反复熄火-再着火的周期性火焰动态过程和移动的“火焰街”现象。其中,直径为2 mm的燃烧器内火焰传播模式最丰富,说明在此燃烧器中气体混合和散热损失都起到了重要作用。大部分工况下,在燃烧器出口点火后火焰会向上游传播并形成驻定于三岔口的边界火焰。边界火焰的长度随混合气体速度的增大而增大,随名义当量比的增大先增大后减小,随着管径的增大而增大。当燃烧器的管径相同时,通道长度较短的燃烧器内边界火焰亮度更高,而且在名义当量比小于1.0时边界火焰更长。实验发现,在较高的进气速度下,火焰在向上游传播的过程中会发生脉动而产生噪音,不同阶段的噪音形成原因不同。同一阶段的最大噪音强度随着混合气体速度的增大而增大,说明混合气体速度越大,火焰脉动越强。在燃烧器通道长度相同的情况下,直径为1 mm的燃烧器产生噪音的临界混合气体速度最高,而噪音强度最低;直径为2 mm的燃烧器在同一工况下的噪音持续时间最长。在燃烧器管径相同的情况下,通道长度较短的燃烧器内产生噪音的临界混合气体速度更高,而且噪音强度更低。实验还发现,火焰的平均传播速度随混合气体速度的增大而减小,随名义当量比的增大先增大后减小。不同燃烧器内同一混合气体速度下,平均传播速度峰值对应的名义当量比不同,说明火焰传播速度受多种因素共同影响。在燃烧器通道长度相同的情况下,火焰的平均传播速度在管径为2 mm时最小,主要是因为该燃烧器内火焰脉动的时间最长。而在燃烧器管径相同的情况下,通道长度较短的燃烧器内平均传播速度更高。最后,通过二维数值模拟对实验中的现象和规律进行理论分析。结果显示,燃烧器下游处氢气和空气能够达到充分混合,因此火焰在往上游传播过程中发生从预混火焰模式到边界火焰模式的转变,而且边界火焰模式下的平均传播速度更大。其次,火焰锋面在点火后的初始阶段是随机倾斜的,其方向在后续传播过程中可能发生改变,这取决于火焰的初始倾斜方向。火焰前端最终的驻定点位于空气侧,这主要是由氢气浓度的分布决定的。此外,驻定的边界火焰的长度随通道宽度的增加而增加,这是因为氢气和空气在较宽通道内需要的混合距离更长。最后,当名义当量比小于1.0时,通道长度较短的微燃烧器内驻定的边界火焰更长,主要是因为较短燃烧器的散热损失比更小。总之,对于微小尺度下的Y形非预混燃烧器,管径小的燃烧器混合较强但散热损失比大,而管径较大的燃烧器混合较弱但散热损失比小;通道长度则主要影响燃烧器的散热损失比,较短的燃烧器的散热损失比更小。因此,为了在较宽的运行参数范围内获得稳定的边界火焰,Y形微通道燃烧器应该选取中等直径和较短的长度。