超燃冲压发动机内的燃烧流动过程十分复杂,必须使用先进光学观测技术研究。基于化学发光的燃烧诊断技术能够获取有效的燃烧信息,发光信号采集方便;在此基础上发展的化学发光计算断层成像技术,特别适用于三维燃烧流场和相应火焰结构的研究,因此具有重要的研究价值。本文通过数值仿真与试验研究相结合的手段,系统的研究了层流预混火焰的燃烧特性及化学发光特性,对火焰结构进行了分析,同时建立了化学发光信号与燃烧信息尤其是放热率之间的定量关系。使用CHEMKIN软件和甲烷-空气反应的GRI-Mech3.0详细机理,并添加激发态粒子OH~*、CH~*的反应机理,对平面预混火焰进行数值模拟。通过分析基元反应放热、激发态粒子生成途径,给出了激发态粒子标记放热率的依据;通过对比激发态粒子浓度分布和放热率分布,提出了放热率标记效果的评价指标,从而确定对放热率标记效果较好的粒子。在数值模拟的基础上,对平面预混火焰开展试验研究。使用高精度铂铑热电偶测得了火焰的温度分布,并在此基础上得到火焰的放热率分布;使用ICCD相机测量火焰的化学发光强度分布,分析当量比、流速对火焰结构及发光特性的影响。研究结果表明流速的增大仅会使放热率、光强增大,而不改变两者的峰值位置;火焰的最高温度也相应升高。当量比增大会导致放热率和光强峰值位置向靠近炉盘方向方向移动,温度梯度增大,火焰到达最高温度的速度变快。当量比、流速变化时光强分布对放热率分布有较好的跟随性,OH~*和CH~*均可以确定放热率的峰值位置,并且OH~*效果优于CH~*;OH~*和CH~*的峰值比仅是当量比的函数,当量比增大,峰值比减小。激发态粒子的光强峰值与放热率峰值呈线性关系,并且比例系数随当量比增大而减小,初步实现了利用化学发光对放热率的定量测量。按照平面火焰的研究思路进一步对二维预混火焰开展研究。使用19组分、39基元反应的简化机理对二维火焰进行数值模拟,得到了二维火焰的温度、放热率分布,并分析了当量比、流速对火焰传播速度的影响,数值模拟结果与理论值符合的很好。放热率分布与化学发光光强分布的对比结果表明,二维火焰中OH~*和CH~*同样能够表征反应区位置,确定放热率分布。OH~*光强峰值与放热率峰值之间存在很强的线性相关,并且两者的函数关系与当量比无关,而CH~*与放热率之间不存在这样的线性关系;平面火焰中得到的光强峰值比与当量比的关系在二维火焰中同样适用。在二维火焰中利用化学发光也可以实现对放热率及局部当量比的定量预测。