在能源与环境的双重约束下,以高效、低污染和减少温室气体排放为目的的新型燃烧技术不断出现并得以发展。可燃气体预混燃烧是燃烧实际应用中最基础、最重要的研究课题。对可燃气体的层流预混燃烧特性的研究可对燃料品质和燃烧特性进行全面了解,为其工业应用提供理论基础。由于低热值气体燃烧和燃料的富氧燃烧、增氧燃料以及稀释燃烧的层流预混可燃物都是燃料、氧气和稀释气体的混合物,本文对它们的层流预混燃烧特性进行统一研究。通过数值模拟对环境条件下不同浓度范围的CH_4-O_2-N_2-CO_2混合物的层流燃烧速度进行统一研究。研究发现,CH_4-O_2层流燃烧速度与当量比呈三次函数;归一化的CH_4-O_2-N_2混合物的层流燃烧速度与稀释比大致呈一次函数,一次函数的斜率与当量比有关;归一化的CO_2稀释CH_4-O_2混合物层流燃烧速度与稀释比呈二次函数,二次函数的一次项与二次项都和当量比有关。CH_4-O_2-N_2-CO_2层流燃烧速度可通过混合模型用CH_4-O_2-N_2和CH_4-O_2-CO_2层流燃烧速度计算。Brokaw形式的质量模型和基于绝热火焰温度的混合模型准确度最高。与实验数据的对比证明关联式和混合模型具有比较高的计算精度。对C_3H_8-O_2-CO_2和C_3H_8-O_2-N_2混合物在环境条件下的层流燃烧速度进行了实验和数值研究。通过热流量法和合适的数据处理方式得到了一系列C_3H_8-O_2-N_2和C_3H_8-O_2-CO_2层流燃烧速度。根据这些新的实验数据,对5种详细的机理模型的性能进行了研究。所有5种机理模型都预测了层流燃烧速度随当量比和稀释比的变化趋势,其中UDEL模型的预测显示出最高的准确度,特别是在CO_2稀释气氛中。SANDIAGO预测C_3H_8-O_2-N_2-CO_2的层流燃烧速度的最大值发生在化学计量比上,这与其他机理和实验结果不同。POLIMI预测的层流燃烧速度要比其他模型和实验结果大得多。在相同的稀释比下,CO_2中的层流燃烧速度远小于N_2。通过对数值计算结果的分析得到了N_2/CO_2稀释比和归一化层流燃烧速度的关联式为二阶多项式。一阶和二阶系数与当量比呈二阶多项式相关。通过基于大活化能假设(LargeActivation-energyAssumption)的单步总包反应模型和详细机理模型解释了稀释气体影响C_3H_8-O_2-N_2和C_3H_8-O_2-CO_2层流燃烧速度的原理。所有火焰参数(包括绝热火焰温度、整体反应级数、整体活化能、Lewis数、Arrhenius数等)均随稀释比而变化。基于单步总包反应模型和灵敏度分析,稀释气体的输运效应对层流燃烧速度的影响很小。热效应是抑制层流燃烧速度的主要因素。然而,随着稀释气体率的增加,所有效应都逐渐减小。详细的动力学机理模型分析表明,所有混合物的层流燃烧速度都与自由基有关。层流燃烧速度与(H OH O)最大摩尔分数呈线性关系。从两个方面解释了层流燃烧速度与稀释比之间的非线性趋势:对于单步总包模型,它是由参数(1-Ar/Ar_0)与稀释比之间的非对数相关性产生的;对于详细的机理模型,它是包括H、OH和O在内的自由基浓度下降的结果。与实验数据的对比证明基于大活化能假设(LargeActivation-energyAssumption)的单步总包反应模型过高估计了稀释比的影响,特别是在当量比远离1的时候。在数值研究中引入虚拟物种,研究了CO_2取代N_2时的各种效应对层流燃烧速度的影响。结果表明,当CO_2取代N_2时,层流燃烧速度的降低主要是由热效应引起的。化学效应对稀释比和当量比的变化比热效应更敏感。输运效应最小可以疏忽。通过柱塞流中丙烷氧化的数值模拟,重点研究了丙烷燃烧过程中CO_2的化学效应。灵敏度和生成率分析表明,CO_2对引发丙烷氧化的初级反应几乎没有影响,但延缓了一些关于中间氧化和自由基转化的反应。其中R99CO OH=CO_2 H是CO形成和消耗的最重要的基元反应,R84OH H_2=H_2O H是H_2生成和消耗最重要的基元反应。这两个基元反应对N_2和CO_2气氛中预混丙烷火焰的差异起着决定性的作用。通过对四种总包反应模型和一种详细机理模型的数值结果的比较,证明JL2模型是预测不同温度,不同当量比和不同稀释气体下丙烷氧化的精度最高的总包反应模型,而WD1机理被证明不适合丙烷稀释燃烧,特别是在富燃料的条件下。