随着限制污染物排放的法规越来越严格，各国学者提出了多种新型低污染物排放燃烧技术。富氧燃烧具有能够提高热效率和火焰稳定性、减小烟气体积以及便于CO2捕集等多个优点，因此成为了最有发展前景的燃烧技术之一。目前已有大量关于常压富氧燃烧的研究，但高压情况下的富氧燃烧实验以及数值模拟却非常少。然而为了提高热效率、减小体积，很多实际燃烧设备都在增压环境下运行。针对这一现状，本文采用Fluent软件对CH4的高压富氧燃烧层流扩散火焰进行数值模拟，研究了高压、富氧燃烧对火焰结构以及NO排放的影响规律。利用修正的Moss-Brookes碳烟模型对CH4/空气高压燃烧时的碳烟形成进行初步探讨，分别研究碳烟对火焰的影响以及压力对碳烟形成的影响规律。设计并搭建高压富氧燃烧实验平台，进行CH4的高压富氧燃烧实验。　　 CH4高压富氧燃烧层流扩散火焰的数值模拟表明:富氧燃烧使火焰温度升高、高温区域变宽，气流在高温区域(T＞1850 K)的停留时间变长，从而促进了NO的形成，O2含量为70％时NO排放指数达到最大值;但是当氧化剂中N2含量过低时(＜30％)，N2含量成为影响NO排放的主要因素，继续提高O2含量，NO排放指数开始逐渐降低;富氧燃烧时，绝大多数NO是通过热力型NO途径形成的，而且当氧化剂中的O2含量超过25％之后，快速型NO开始起到还原作用。随着压力的提高，火焰变细，在整个压力范围内火焰横截面积与压力成反比;在1～10 atm范围内，火焰长度随着压力的提高而有所增加，在5atm前火焰长度变化较大;压力大于10 atm后火焰长度开始缓慢减小。在1～5 atm范围内，火焰温度随着压力的提高而迅速增大;继续提高压力，复合反应增强、辐射损失有所增大，火焰温度的增大速率减慢。对于以空气作为氧化剂的常规燃烧，NO排放指数随着压力的提高而增大，大约在8atm时达到最大值，继续提高压力，NO排放指数开始线性降低，大约在50 atm时降低到与1 atm时的NO排放指数相等。对于富氧燃烧，NO排放指数随着压力的提高而快速增大，但NO排放指数大约在20 atm时才达到最大值，达到最大值后其下降趋势并不明显。　　 CH4/空气高压燃烧层流扩散火焰碳烟形成的数值模拟表明:考虑碳烟形成之后，火焰温度比仅考虑气体辐射时低，C2H2摩尔分数减少而且消耗速度减慢，火焰长度有所增加。碳烟体积分数随着压力的提高而增大。压力的提高使成核速率、表面生长速率以及氧化速率都有所增大。通过对燃料中的碳转化为碳烟的百分比进行分析，发现最大碳转化率与压力成指数关系，这种关系随着压力的提高而逐渐减弱。在5～20 atm范围内，ηs,max∝P1.68;压力大于20 atm时，ηs,max∝P0.33。　　 实验得出的火焰横截面积同样与压力成反比，火焰长度介于数值模拟与罗帕关联式得出的结果之间;在1～7 atm范围内，火焰长度随着压力的提高而变长;当压力超过7 atm后，火焰长度开始变短。实验得出NO排放指数随O2含量的变化规律与数值模拟结果一致，但此时最大NO排放指数只有数值模拟结果的60％左右。数值模拟与实验结果虽然存在一定的偏差，但本文的计算模型还是能够比较准确的预测高压富氧燃烧时的火焰轮廓以及NO排放指数的变化规律。