碳氢燃料不完全燃烧生成的碳烟颗粒会对人体健康和自然环境造成巨大危害,引发各种疾病和严重的空气污染问题,是燃烧领域的热点问题。本文以乙烯火焰为基础,通过掺混不同比例的甲烷和氢气,探究诸如:氢气对乙烯碳烟生成的影响、甲烷和乙烯的协同效应、氢气和甲烷混合掺混后乙烯火焰碳烟特性等问题,旨在分析氢气作为清洁燃料对碳氢燃料碳烟生成的抑制效应以及不同种类碳氢燃料碳烟生成机理的异同。针对以上问题,笔者搭建了层流扩散火焰燃烧系统,通过消光法测量碳烟浓度,并对碳烟颗粒进行毛细管取样,对火焰中碳烟浓度、碳烟颗粒表面官能团、颗粒石墨化程度、颗粒形貌等多个参数进行研究,具体结果如下:1.纯乙烯火焰碳烟主要分布在火焰两侧区域,在高度方向上先增加后减少,在3%掺混比时,乙烯和甲烷出现协同效应,而在其余研究的比例时并未出现该现象,氢气会抑制乙烯中碳烟生成,且随着掺氢比的增加抑制效应增强,三种气体共同混合之后,会使先前乙烯和甲烷出现的协同效应消失,说明氢气对碳烟生成的抑制效应要大于该比例下甲烷对碳烟生成的促进效应。2.在纯乙烯火焰中,不同形式的芳香族官能团变化规律不同,脂肪族官能团和羰基官能团含量先上升后下降。发现掺混甲烷后,芳香族官能团变化规律更为一致。且掺混小比例甲烷进一步促进了碳烟生长,造成脂肪族含量明显上升,而3%掺混比时羰基官能团增加最为明显。掺氢使芳香族官能团有所减少,30%掺混比时最为显著,在低火焰高度时氢降低了氧化活性,而在较高火焰高度时又会促进碳烟颗粒氧化。在乙烯和氢气共同混合后,掺混小比例甲烷（3%和5%）使得间双取代C-H芳香官能团含量相对其余芳香族官能团大幅上升。3.随着火焰高度升高,纯乙烯碳烟颗粒依次出现类液滴状、疏松簇状和紧密网状结构,随着掺氢比增加,2cm处碳烟颗粒粒径逐渐变大,团聚体的分布和紧密程度也有所不同。纯乙烯掺混3%甲烷后,2cm处的类液滴状结构减少,簇状结构提前出现,而掺混30%甲烷后,类液滴状结构和簇状结构消失。在纯乙烯火焰中,随着火焰高度升高整体的石墨化程度逐渐升高,无序化程度逐渐减小。而掺混甲烷后,石墨化程度较纯乙烯时升高,且随着掺混比增加,石墨化程度又有所下降。掺氢在低火焰和高火焰区域对石墨化程度的影响相反,在三者共同掺混的情况下,石墨化程度和单独掺混不同。