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由于天然气应用的广泛性及其储量有限,生物质低热值燃气的应用日益受到关注。但低位热值的大幅降低和组分的多变性,导致生物质低热值燃气在天然气使用场合的应用受到阻碍和质疑。基于此背景本文利用热通量燃烧器,测量了低热值燃气在常温常压状态下的层流燃烧速度,同时还通过本生燃烧器和同心锥形燃烧器,产生喷射火焰和喷嘴火焰,利用激光手段研究几种典型生物质低热值燃气的火焰稳定性和火焰结构。与此同时使用大涡方法数值计算软件模拟部分实验火焰的火焰结构与流场情况。本研究旨在逐步建立完整的生物质低热值燃气燃烧机理和火焰特性的基础数据库,为将来低热值燃气的广泛运用奠定基础。研究结果显示使用GRI 3.0模拟生物质-甲烷燃气所得结果与实验数据以及文献中的数据吻合。对GG-S和GG-V燃气当量比低于1的情况,实验数据与GRI 2.11模拟结果吻合,但是GRI 3.0所得结果比实验结果略低;当量比大于1的情况,两种机理所得模拟结果均低于实验结果。GG-S和GG-V燃气的实验数据比文献中数据略高。由于低热值燃气中有氢气和一氧化碳的存在,故层流火焰燃烧速度的最大值出现在燃气较富集的区域。GRI机理可较好的预测GG-S和GG-V层流火焰燃烧速度出现最大值的区域,但不能准确预测LCV1和LCV2层流火焰燃烧速度出现最大值的区域。对于低热值燃气的火焰稳定性和火焰结构,研究证明喷嘴火焰比喷射火焰更具稳定性。对于喷射火焰,低位热值相同的稀释甲烷气体和LCV1比较,LCV1具有更高的临界起升和吹熄速度,这是因为LCV1中含有氢气。对于喷嘴火焰,火焰稳定性对燃料组分不敏感,这是因为喷嘴火焰与喷射火焰的稳定机理不同。从PLIF图像中可看到不同燃料的喷嘴火焰基本稳定在相同的位置。大涡模拟结果显示,火焰稳定在空气卷吸的回流区,这与锥形喷嘴的角度有关而与燃料组分、燃气出口雷诺数无关。对于生物质-甲烷燃气的火焰稳定性及局部熄灭,研究证明喷射火焰的火焰稳定性与燃气预混程度与出口雷诺数有关。一般情况下,预混火焰空气预混量的降低会增强火焰的稳定性。OH自由基分布说明,即使是远离吹熄临界线的火焰,仍然存在火焰空穴现象。逐渐增加空气量,火焰空穴会促使火焰的整体熄灭。局部火焰熄灭现象通常发生在局部流体速度高,与火焰发生碰撞的区域。