合成气作为一种气体燃料,可以从多种物质中气化获得,在不可再生能源日益枯竭的今天,合成气具有广阔的应用前景,可广泛应用于各种动力装置中。合成气的主要成分是H2、CO、CH4、N2、 CO2,因合成气来源广泛,其各组分组成比例变动较大。由于合成气成分复杂,其基础燃烧特性随气体组成比例的不同会有较大变动。针对合成气,需要系统的研究其在不同的气体组成下的基础燃烧特性,对建立健全合成气预混燃烧数理模型,提供仿真计算的基础燃烧数据有重要意义,同时还能指导燃烧设备的设计,具有重要的理论意义和实用价值。首先建立了定容燃烧弹实验系统。实验系统由定容燃烧弹、配气系统、点火系统、纹影及高速摄影系统、数据控制及采集系统六部分组成。对比了本研究和其他学者所得到的层流燃烧速度,结果具有很好的一致性,说明本实验系统有良好的准确性。在定容燃烧弹上利用高速纹影摄影系统,研究了H2/CO混合气在不同H2比例下火焰的马克斯坦长度和层流燃烧速度,发现当H2比例小于50%时,火焰的拉伸行为是由氢气和一氧化碳共同主导；当H2比例大于50%时,火焰的拉伸行为由H2所主导。发现了随着H2比例增大,层流燃烧速度呈现出先迅速增大后缓慢增大的现象。通过Gaseq软件分析了H2/CO混合气绝热火焰温度和热扩散系数,明确了绝热火焰温度不是层流燃烧速度随着H2比例升高而增大的主导因素。通过Chemkin软件研究了基元反应对H2比例增大导致层流燃烧速度非线性升高的影响机制。明确了H2/CO混合气层流燃烧速度和活性自由基之间的关系,发现层流燃烧速度和(H+OH)浓度最大值之间有很好的线性关系。在定容燃烧弹上利用高速纹影摄影系统研究了H2/CO混合气在稀释气体稀释下的燃烧特性,得到了H2/CO混合气在稀释气体(C02、N2)稀释下层流燃烧速度,针对本实验结果提出了N2和C02稀释下H2/CO混合气层流燃烧速度的拟合公式,结果表明拟合公式和实验结果之间有很好的一致性。通过Chemkin软件分析了N2和C02两种气体稀释下对H2/CO混合气层流燃烧速度差别的作用机制,明确了热效应、输运效应、化学动力学效应对N2和CO2稀释下的层流燃烧速度之间差别的影响权重。结果表明热效应和化学动力学效应是造成两种不同惰性气体稀释下层流燃烧速度有较大差别的决定性因素,其中热效应影响权重大于化学动力学效应的影响权重；直接化学反应的影响权重远大于三体反应的影响权重；输运效应的影响很小。在定容燃烧弹上利用高速纹影摄影系统,并结合Chemkin软件研究了H2/CO/CH4三组元燃料中燃料组分变动对层流燃烧速度的影响,探讨了燃料组成对层流燃烧速度的影响规律,开展了敏感性分析和基元反应反应速率分析,明确了重要基元反应对三组元燃料层流燃烧速度复杂变化的影响机制,H2比例变化主要影响活性自由基的浓度,对绝热火焰温度影响较小；H2比例固定时,基元反应OH+CO=H+CO2对层流燃烧速度的作用随着CO比例增大更加明显。研究了H2/CO/CH4燃料层流燃烧速度与活性自由基浓度间的相关性,CO/CH4混合气层流燃烧速度只与H自由基浓度峰值存在线性关系；加入H2后,H2/CO/CH4混合气层流燃烧速度与H自由基和H+OH自由基浓度的峰值均呈现出线性关系最后在定容燃烧弹上利用高速纹影摄影系统研究了合成气预混火焰传播过程中的热质扩散不稳定性、流体力学不稳定性以及浮力不稳定性三种火焰固有不稳定性,探索了初始压力、H2比例以及当量比对火焰胞状不稳定现象的影响,发现了当量比变化导致的H2/CO火焰的胞状不稳定现象会随H2比例的不同呈现出不同规律,H2比例较高时,当量比的升高会抑制火焰的胞状结构的产生,H2比例较低时,当量比的升高会加强火焰的胞状不稳定现象；明确了稀释气体(N2、CO2)稀释对火焰胞状不稳定现象的作用规律和H2比例有直接关系,H2比例较低时,稀释气体的稀释会减弱火焰的胞状不稳定现象,H2比例较高时,稀释气体的稀释会加强火焰的胞状不稳定现象。明确了流体力学不稳定以及热质扩散不稳定性对火焰胞状不稳定现象的影响机制,发现了浮力不稳定性对火焰胞状结构的作用。