随着石油资源的快速消耗和环境污染的加重,需要人们去开发利用清洁替代燃料和研发新的燃烧技术。天然气以其储量丰富、燃烧清洁和安全性高等优点成为当前最有发展潜力的替代燃料,水蒸气纯氧燃烧技术因具有高效零污染物排放的特点而备受关注。为了研究甲烷在水蒸气纯氧条件下的层流火焰特性,搭建了多功能定容燃烧实验系统,结合纹影摄像技术,对甲烷在氧/水蒸气条件下的预混层流燃烧速度进行试验研究,为O₂/H₂O条件下CH₄燃烧技术提供基础数据和理论支撑。多功能定容燃烧实验系统主要包括定容燃烧弹、进排气系统、点火系统、温控加热系统和火焰图像采集系统。由进排气系统与温控加热系统可调控不同初始温度下的进气和高浓度水蒸气的制取。通过改变混合气的预热温度、当量比等初始条件,以及设置高水蒸气稀释浓度,利用定容燃烧实验台获取甲烷在高温高湿纯氧气氛下的层流燃烧火焰图像,然后在MATLAB上采用编写的火焰图像处理程序对火焰图像进行处理计算,最终得出甲烷-氧气-水蒸气预混气体的层流燃烧速度及其随初始温度和当量比的变化规律,通过甲烷空气条件下层流火焰速度的测量,验证了实验台和测量方法的准确性。甲烷-氧气-水蒸气预混燃烧实验初始温度为400 K和450 K,水蒸气稀释浓度为0.64,当量比从0.7到1.3。当量比对拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度产生很大影响,当量比小于1.1时,拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度随着当量比的增大而增大,当量比为1.1时达到最大值;而当量比大于1.1之后,随着当量比进一步增加拉伸火焰传播速度、未拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度随之减小,此外温度提升对燃烧速度也具有明显的促进作用;马克斯坦长度为正值,并随着当量比的增加有所提高,温度提升对马克斯坦长度影响不大。