天然气作为较为清洁的化石能源,对缓解雾霾等环境问题,实现清洁供暖意义重大。而天然气燃烧的主要问题是氮氧化物的排放。烟气再循环及纯氧燃烧技术有望成为实现“零氮”排放、降低碳捕捉成本的新技术路线。与常规空气气氛下的燃烧相比,高浓度CO2对燃烧火焰结构、火焰稳定性、火焰熄火极限及化学反应动力学机理等均有显著影响,学者也进行了广泛的研究。但是,如何将CO2对天然气火焰的协同效应解耦并确定CO2各特性（化学特性、热力学特性、传输特性以及辐射特性）对火焰特性的影响,一直是天然气基础燃烧理论研究的热点和难点问题。确定稀释剂CO2各特性的影响对烟气再循环技术的应用发展提供重要的理论依据和技术支撑。本文建立火焰燃烧模型,提出CO2协同效应解耦求解方案和策略,应用于一维对冲扩散火焰和二维同轴射流扩散火焰,结合实验测量手段,深入探究CO2添加稀释对CH4燃烧火焰基础特性的影响。主要研究内容和结论如下:（1）利用敏感性分析法（SA）和误差传播直接关系图法（DRGEP）对CO2添加稀释CH4/O2/N2预混火焰在高压环境下的详细机理进行简化,通过与本文实验数据、已有公开文献数据和多种详细化学机理数值结果的比完成简化机理验证,确定本文简化机理的准确性。（2）利用搭建的预混火焰实验台和数值计算程序与本文得到的简化机理探究了CO2稀释对CH4预混火焰的火焰传播速度和火焰吹熄极限的影响。结果表明CO2稀释通过降低中间自由基的浓度（尤其是OH自由基）,抑制链式反应的传播以及燃烧释放热量,进而阻碍火焰的传播。而且CO2稀释剂的加入严重破坏了火焰的稳定性,降低了火焰吹熄极限流量。通过定义“敏感系数变化率”准确量化CO2对火焰传播速度敏感系数的影响,并得到了CO2稀释对火焰速度敏感系数产生最大影响的基元反应与对火焰传播速度最重要的基元反应并不一致的结论。（3）建立了包括详细化学反应机理、辐射换热的一维对冲火焰数学模型,使用FORTRAN语言编写了计算程序;提出了分析CO2对火焰特性影响的协同效应解耦求解策略;探究了CO2添加稀释燃料侧与氧化剂侧,其各特性对火焰熄火极限、火焰前锋位置、自由基分布及火焰温度等基础燃烧特性的影响规律。研究发现:CO2添加稀释方式不同,影响火焰温度的主导分作用不同,燃料侧CO2添加稀释辐射作用占主导地位,氧化侧CO2添加稀释热力学作用占主导地位;无论燃料侧还是氧化剂侧CO2添加稀释,对火焰前锋位置和火焰拉伸熄火极限影响占主导地位的均为热力学作用。（4）应用建立的一维对冲扩散火焰模型和编写的程序,进行了压力对火焰熄火极限的CO2添加稀释的解耦影响研究。在不同燃烧条件下,定量比较了各CO2特性对火焰熄火极限的影响;定义“压力熄火极限影响因子”,实现了CO2稀释添加对火焰熄火极限变化影响程度的量化比较,结果显示CO2对火焰熄火特性的影响程度虽然会随压力的升高而升高,但是其升高程度却是逐渐降低的。此结论对丰富熄火极限理论具有重要意义。此外,阐明了CO2稀释添加其各特性对化学动力学过程的影响,得到了CH4的消耗路径、OH自由基生成及消耗速率、重要基元反应热释放率等变化规律。（5）构建同轴射流扩散火焰二维数值模型,采用考虑了辐射气体辐射吸收的WSGGM辐射模型,更加准确的探究并揭示了CO2添加稀释其各特性对火焰温度的影响,同时指出CO2添加能够降低热力型NOX和快速型NOX的形成及排放。CO2稀释对热力学NOX生成的影响主要通过其热力学性质（高比热、低扩散特性吸收更多热量用于自身温度升高）降低温度实现;而降低快速型NOX则主要是其化学作用通过参加CO2+CH=CO+HCO反应,消耗更多CH基,导致CH+N2=HCN+H反应中快速型NOX形成的前驱物HCN减少实现的。此外,利用本文搭建的扩散火焰实验台对CO2稀释添加同轴射流火焰的宏观火焰结构尺寸的影响进行了实验探究。