归功于微制造和集成电路技术的快速发展,使微型机电系统（MEMS）如各类便携式通讯设备和小型传感器等的快速原型设计和批量制造得以实现。当前,通常以各类化学电池为MEMS系统提供动力,但由于其体积能量密度较低,导致其在小型化方面存在较大的瓶颈。而相较于各类化学电池,碳氢燃料的能量密度要高十几甚至几十倍。因此,以碳氢燃料的微小尺度燃烧为MEMS供能从理论上将具有高能量比和可快速充能等显著优势。作为一个有较大潜力的微型供能技术,微小尺度燃烧技术自上世纪九十年代以来得到广泛的研究和快速的发展。然而与常规宏观尺度的燃烧不同,微小尺度燃烧往往在毫米甚至更小的尺度下进行,致使火焰与壁面间的热和化学相互作用增强,更易出现火焰失稳甚至是熄灭。因此,对微小尺度下火焰的传播行为和稳定性进行研究对其在MEMS系统中的安全和高效应用至关重要。针对上述微小尺度燃烧中存在的问题和挑战,本文分别从微型通道内低流速下火焰的向上传播和高流速下火焰的稳定性两方面进行实验和模拟研究。在火焰传播方面,通过构建矩形截面的微小通道,研究甲烷/空气预混火焰在其中的火焰传播特性。利用高速相机和激光诱导荧光（PLIF）系统获取了火焰传播速度、形态和火焰内部结构等火焰特征。分析了微小通道的高度、入口流速和当量比等参数对上述火焰特征的影响。此外,考虑到实际应用中存在的碳烟附着情况,研究对比了微通道内壁有无碳烟附着对火焰传播和火焰结构的影响。实验结果表明,在窄通道内火焰易由于流体动力学不稳性形成皱褶型火焰,导致速度的剧烈波动。而壁面碳烟附着对火焰传播速度有较明显的影响,其作用效果与当量比相关。在火焰的稳定性方面,通过在凹腔型微通道燃烧室内嵌入后置钝体,研究了钝体结构对提升火焰稳定性和燃烧效率的影响。基于对后置钝体对流动和组分输运对燃烧速率的影响的分析,提出由对流输运速率和反应速率之比定义的无量纲参数,局部达姆科勒数（DaL）,并发现后置钝体作用下燃烧效率的变化由DaL控制。另外,基于上述研究进一步提出了钝体-凹腔耦合稳燃结构。数值模拟结果表明,新型的稳燃结构可显著提升原单一稳燃结构的火焰稳定性。通过对微通道内稳燃结构附近区域的流动和燃烧的相互作用分析,揭示了耦合稳燃结构中钝体和凹腔的协同作用物理机理,为耦合型稳燃结构的进一步优化提供了思路。