在火箭发动机、航空发动机、工业锅炉和和燃气轮机燃烧室等设备的燃烧的过程中,经常出现燃烧不稳定现象,本文通过入口速度的周期性改变,也就是脉动燃烧的模拟来表征这种燃烧不稳定性。外加电场是一种调控燃烧不稳定现象的新兴技术,但目前电场对脉动火焰燃烧特性的作用规律和影响机制尚不明确。因此,本文通过理论分析和数值模拟方法,系统地研究了直流电场对甲烷脉动火焰振幅、频率等脉动特性地影响规律,探究了电场作用下脉动火焰速度场和温度场的变化规律,重点分析了不同电场强度下火焰脉动频率及脉动幅度的及火焰内部重要自由基和带电粒子的迁移规律。在Chemkin Pro软件中利用PSR模型和PREMIX模型计算得到了主要的带电粒子为H3O+与E-。对H3O+与E-的反应路径进行了分析,H3O+主要由HCO+进行反应得到,E-主要由CH自由基产生。在PSR模型中对温度及重要带电粒子H3O+、E-和HCO+浓度进行敏感性以及ROP分析得到重要的离子反应过程为:HCO++H2O＜=＞H3O++CO、H3O++E-＜=＞H2+OH;在PREMIX模型中对温度及重要带电粒子H3O+、E-和HCO+浓度进行敏感性以及ROP分析得到重要的离子反应过程为:HCO++H2O＜=＞H3O++CO、H3O++E-＜=＞H2+OH、O2-+H2＜=＞H2O2+E-。基于以上结果,得到一种简化的8步离子反应过程。计算得到的主要带电粒子浓度较原85步反应结果偏小,但误差在10%以内,因此认为简化的反应可以较好表征甲烷燃烧电离过程。构建了电场作用下的甲烷脉动火焰理论模型,基于该理论模型,利用再Fluent模拟软件,通过UDF和UDS自编程,开展了电场作用下的甲烷脉动火焰数值模拟研究。选取了高幅低频和低幅高频两种脉动火焰:脉动幅度为0.2m/s,频率为100Hz以及幅度为0.02m/s,频率为10Hz的火焰;电场作用考虑了正反方向0-10kV/dm的电场。首先探究了电场对脉动火焰宏观特性的影响,研究结果表明在正负2.5kV/dm电场作用下,速度的脉动幅度有一定改变但脉动频率基本不变。然后重点分析了不同电场强度下火焰脉动频率及脉动幅度的及火焰内部重要自由基和离子迁移规律等。在正电场作用下,对于大振幅高频脉动火焰,速度脉动幅度提高了11.5%。由于高速的气体带走了热量使燃烧区内温度降低导致温度随电场强度增加呈现下降趋势,温度振幅随着电场强度的增加而增加。而对于小振幅低频火焰,温度在电场大小为0-7.5kV/dm整体呈现下降趋势,在7.5-10kV/dm有上升趋势,温度脉动幅度也有所增加。OH的分布与温度场分布形状相似,中轴线上OH自由基峰值位置先增加后减小,H3O+与E-逐渐收缩。在负电场作用下,对于大振幅高频脉动火焰速度脉动幅度随电场强度整体呈现降低的趋势,10kV/dm时降低了18.9%。而对于小振幅低频火焰,速度振幅随电场强度增加呈现增加的趋势。对于大振幅高频脉动火焰,温度随着电场强度增加先降低后增加,温度场高温区也出现发散分布。对于小振幅低频脉动火焰,温度整体呈上升趋势。负电场作用下OH自由基峰值位置逐渐减小。H3O+分布逐渐变得扁平,H3O+锋面位置逐渐降低且变得发散,E-最大值位置呈现逐渐上升的规律。