合成气等低热值气的燃烧利用是工业界和学术界的热点问题,掌握合成气的燃烧特性对其安全清洁工业利用具有重要的指导意义。论文采用实验研究和数值模拟相结合的方法对合成气贫燃预混火焰的层流火焰传播速度、熄灭极限和可燃极限开展了研究。实验研究基于对冲火焰法,数值研究基于Chemkin II的PREMIX和OPPDIF代码。论文取得如下的主要结论。H2/CO/空气层流预混火焰传播速度和质量燃烧速率随合成气中H2份额的变化呈现出非线性的变化趋势。H2体积份额较小时(≤15%),含氢组分对CO燃烧有显著的动力学增强作用,燃烧速率随着H2份额迅速增大;H2体积份额较大时(>15%),H2/O2化学动力学主导燃烧过程,燃烧速率增大趋势明显放缓。燃烧速率与火焰中H和OH自由基浓度之和的最大值线性相关。与前人不同,本文考虑H2和CO之间的化学耦合作用,使用渐进理论开发了简便的预测H2/CO/空气贫燃预混层流火焰传播速度的模型及关联式,并在较宽的当量比(0.4-1.0)、H2份额(1%-100%)、来流温度(常温-500 K)范围内得到实验结果校验,在较宽的压力范围(常压-20 atm)内得到数值模拟结果校验。H2/CO/空气层流预混火焰的熄灭拉伸率随着燃料中H2份额的增加显著增大。化学动力学分析表明合成气火焰的熄灭取决于链分支反应和终止反应的竞争。使用本文提出的“熄灭指数”可以定量描述分支反应和终止反应的相对关系。燃料组分一定时,无论当量比和拉伸率如何变化,临近熄灭时的“临界熄灭指数”为定值,可作为H2/CO/空气贫燃层流预混火焰熄灭的动力学判据。基于微重力下实验结果的分析表明小拉伸下合成气预混火焰的熄灭现象对质量扩散比对化学动力学更加敏感。H2和H的优势扩散对熄灭极限起到了相反的作用。合成气火焰可燃极限随初始温度的增高线性减小,随合成气中可燃成分的增大单调减小。整体上Le Chatelier公式对合成气贫燃可燃极限的预测较为准确。但当燃料中H2和稀释气体的体积分数较大时,Le Chatelier公式的预测值会出现较大偏差。CO2比N2有更强的稀释作用。稀释剂的热力学效应对降低合成气/空气贫燃预混火焰的传播速度和熄灭极限起到主导作用。CO2稀释的化学效应起到了次要作用,N2稀释的化学效应和稀释剂的扩散效应可以忽略。