化石燃料存在能源短缺危机的同时,在利用过程中还伴随着各种环境污染问题,并且会给人体健康造成严重危害,这是我国乃至世界都急需应对的难题。针对这些日益严峻的社会现状,合理优化燃烧技术、提高能源燃烧效率和发展碳烟颗粒排放控制技术是十分有必要的,而探究燃烧机制以实现高效燃烧和探寻清洁、可靠的可替代能源是两种重要的解决手段。在实际燃烧系统中,由于温度、气压和流态等参数的变化,燃烧行为极其复杂。因此,为了便于探索燃烧机理,简化燃烧条件,本文根据现有条件,自行搭建简易实验平台,采用丙烷和乙烯层流扩散火焰作为研究对象,开展了一系列相关实验。本文采用图像处理技术和热电偶测温法,对不同气体添加剂及其体积分数下的火焰高度、火焰蓝色区域截面积、火焰表面积和火焰温度等特征参数进行准确的测量。针对参数提取过程中存在的实验室环境和火焰光晕干扰问题,本文利用Matlab软件编辑程序,结合火焰图像中火焰边缘像素灰度值的分布特性,设计了一种动态阈值法,实现了火焰区域与背景的有效分割,且利用“圆柱体法”对火焰面积进行计算。本文采用实验手段和理论分析相结合的方法,根据得到的火焰特征参数,进一步探讨不同气体添加剂及其体积分数对碳烟生成的影响。研究结果发现,氢气对丙烷和乙烯火焰高度和火焰表面积的影响明显强于二氧化碳和氮气,这是因为氢气是可燃性物质,氢气的添加增大了燃料的体积流量,并且气流速度加快,与空气的混合速度减慢,火焰就会被拉长,同时燃烧热释放速率被提高,这会导致火焰热损失增大从而影响火焰温度,进而影响碳烟生成。火焰蓝色区域截面积均随着3种气体添加剂体积分数的增大而向上扩大,其中二氧化碳对火焰蓝色区域截面积的影响最大,氢气次之,因此可以定性判断二氧化碳比氢气更有效地抑制了碳烟生成。分析可知,除了热效应和稀释作用之外,二氧化碳主要通过降低H自由基浓度来抑制碳烟初始阶段和提高OH自由基浓度来抑制碳烟颗粒表面生长过程,而氢气主要通过促进脱氢反应的反向进行来抑制碳烟初始阶段。在后续的火焰中心线温度测量时发现,二氧化碳对火焰的降温效果最为显著,为抑制碳烟成核提供了有利条件。