凝胶燃料是指一种流动性介于固体与液体之间的新型燃料。凝胶的最主要特点是表现出半固体特性及非牛顿流体的剪切变稀特性,即在常态下表现出固态特性,而遇到加热、搅拌等外界作用时,又恢复液体燃料的流动性。这使得凝胶具有固体燃料安全稳定优点的同时,更容易实现燃料流量的主动调节。通过向凝胶中添加金属颗粒,还可以提高燃料能量密度,这些优点使得含金属颗粒凝胶具有广阔的应用前景。本文以含金属颗粒煤油凝胶在冲压发动机中的应用为背景开展研究,旨在认清含金属颗粒凝胶的自身特性,为后续开展含金属颗粒凝胶发动机总体设计奠定基础。本文首先开展了煤油凝胶及添加不同属性金属颗粒的煤油凝胶制备过程研究。采用聚酰胺树脂,成功实现了对煤油的凝胶化,并采用两步法,解决了金属颗粒易沉降的问题,实现了不同属性金属颗粒在煤油凝胶中的稳定悬浮。随后对制备得到的含金属颗粒煤油凝胶的理化特性展开研究。首先对稳定性进行评估,证明本文所制备的含金属颗粒煤油凝胶满足实用的要求。随后,对不同组分凝胶的能量密度、粘度、表面张力等性质展开计算与测量,进一步认请了凝胶的自身属性。采用平面火焰燃烧器试验系统营造气体组分可调高温热伴流环境,开展对流条件下含金属颗粒煤油凝胶单液滴燃烧特性试验研究。根据试验结果,可将含金属颗粒煤油凝胶单液滴的燃烧过程大体分为四个阶段,即胶凝层形成阶段,微爆发生阶段,胶凝剂燃烧阶段,液滴中剩余颗粒燃烧阶段。其中颗粒属性、凝胶组分、环境工况是影响含金属颗粒煤油凝胶单液滴燃烧过程的关键因素。胶凝层的形成机制主要受热环境影响;微爆发生机制则受胶凝层微观结构,即金属颗粒属性、金属颗粒与胶凝剂之间相互作用关系影响;液滴中剩余颗粒燃烧阶段则主要受颗粒自身性质影响,表现出两种模式,即聚团燃烧及非聚团燃烧。设计搭建含金属颗粒煤油凝胶喷雾燃烧过程试验系统和方法,结合观测测量方法,开展了含金属颗粒煤油凝胶在热伴流中喷雾燃烧过程研究,重点研究了含硼煤油凝胶的喷雾燃烧过程。根据试验现象可将含金属颗粒煤油凝胶喷雾火焰分为两个区域,即颗粒加热区域及颗粒燃烧阶段。颗粒加热区域为靠近喷嘴出口位置,主要为煤油的蒸发吸热、燃烧放热与颗粒的吸热升温过程,颗粒燃烧区域则主要发生在火焰中下游,当颗粒的温度不断升高,达到着火燃烧条件后,颗粒实现燃烧放热。试验中在靠近喷嘴出口位置观察到了微爆现象发生,表明在本文工况下,含金属颗粒喷雾燃烧过程中仍然存在微爆现象。不同组分凝胶喷雾火焰的结果表明,添加金属颗粒可以降低火焰的托举高度,增大火焰长度和宽度。最后,开展了含硼煤油凝胶喷雾燃烧过程温度场测量研究,采用多波长测量法和TDLAS技术分别对喷雾燃烧流场中的颗粒相表面温度和气相流场温度开展初步测量,并分析了环境工况及金属颗粒含量对流场温度场分布的影响规律。结合含硼煤油凝胶喷雾燃烧火焰温度场分布结果,进一步认识了含硼煤油凝胶喷雾燃烧过程作用机理。