为积极应对环境污染和全球气候变化,世界海事组织不断建立船舶排放控制区,限制船舶排放。采用EGR（废气再循环）技术的船舶柴油机和微量柴油引燃天然气的双燃料船用发动机可有效控制NOx等污染排放。此外,开展发动机缸内燃烧数值模拟需要构建替代物模型燃料并导入其化学动力学机理,燃料基础层流燃烧特性研究是构建和验证燃料替代物模型和化学动力学机理的重要基础。基于此,本文重点开展了天然气/柴油中主要组分甲烷/高碳直链烷烃的高温和低温层流燃烧特性研究,其主要内容分为两部分:第一部分（第3、4和5章）基于球形传播火焰试验和一维平面火焰数值模拟研究了甲烷/高碳直链烷烃的高温层流燃烧特性;第二部分（第6、7和8章）基于对冲扩散冷焰试验和数值模拟研究了甲烷/高碳直链烷烃的低温层流燃烧特性。本文主要结论如下:（1）不同初始压力、温度、当量比和Lewis数下点火能量对球形火焰初期传播及层流燃烧速度测量准确性的影响:基于甲烷/空气球形火焰传播轨迹中最小火焰传播速度和受点火能量影响的火焰半径与点火能量之间的变化关系,分别提出了最小可靠点火能量（MRIE）和参考火焰半径（RFR）概念,减少了球形传播火焰测量层流燃烧速度中由点火能量引起的误差;研究发现MRIE随着当量比的增加呈现先减小后增加的趋势,随Lewis数的增加而增加,随着初始温度和压力的增加而减小;RFR与火焰厚度成正相关,随当量比和Lewis数的增加呈现非线性变化趋势,随初始压力和温度的升高而降低。（2）CO2稀释率对高碳直链烷烃、初始压力和甲烷含量对甲烷-高碳直链烷烃双燃料高温层流火焰传播特性和化学动力学特性的影响:试验研究表明,高碳直链烷烃层流燃烧速度和火焰不稳定性随着CO2稀释率的增加而降低;甲烷-高碳直链烷烃双燃料层流燃烧速度随初始压力和甲烷含量的增加呈现非线性递减的变化趋势,其火焰不稳定性随着初始压力的增加而增加;化学动力学分析表明:CO2的物理和化学效应对层流燃烧速度均起抑制作用,且物理效应占主导;CO2化学效应主要是由CO2直接参与反应CO+OH＜=＞CO2+H所引起;在给定的绝热火焰温度下,初始压力主要是通过促进反应H+O2+M＜=＞HO2+M正向移动抑制燃料的高温化学反应活性;甲烷含量对甲烷-高碳直链烷烃双燃料层流燃烧速度的影响趋势主要取决于甲烷掺混量对其绝热火焰温度的影响。（3）冷焰自由基指数和氧气浓度对高碳直链烷烃低温冷焰熄灭特性的影响:获取了不同燃料和氧气浓度下高碳直链烷烃冷焰熄灭极限基础试验数据,发现了高碳直链烷烃低温化学反应活性对氧气浓度的依赖指数约为1.7次幂的变化规律,论证了低温和高温燃烧化学路径的本质差异;提出了密度加权焓概念,解耦了冷焰熄灭极限中化学反应、热力学和输运参数的影响作用;提出了快速评估和监测不同燃料低温化学反应活性的冷焰自由基指数方法,发现了高碳直链烷烃的低温化学活性随碳链长度增加而增加的变化趋势。（4）一氧化氮（NO）对高碳直链烷烃、甲烷含量对甲烷-高碳直链烷烃双燃料的低温冷焰熄灭特性和低温化学动力学特性的影响:通过开展射流搅拌反应器试验,构建了可合理预测正十二烷低温冷焰和温火焰受NO影响趋势的正十二烷/NOx简化机理;试验结果表明,NO的添加降低高碳直链烷烃低温冷焰熄灭极限,抑制介于高温热焰（1500～2000 K）和低温冷焰（550～850 K）的中温温火焰（850～1500 K）熄灭为冷焰,促进温火焰转变为热焰;随着甲烷含量的增加,甲烷-高碳直链烷烃双燃料的冷焰熄灭极限降低和热焰熄灭极限增加;化学动力学分析表明,NO通过反应NO+RO2＜=＞NO2+RO与低温链分支反应争夺RO2抑制高碳直链烷烃的低温燃烧,NO通过参与NO+HO2＜=＞NO2+OH等反应促进高碳直链烷烃中低温燃烧向高温燃烧的转变;CH4通过反应CH4+OH＜=＞CH3+H2O与高碳直链烷烃分子抢夺OH,从而抑制反应体系的低温燃烧过程。通过对甲烷/高碳直链烷烃高温和低温层流燃烧特性研究,可为天然气/柴油的燃烧化学动力学机理和替代物模型燃料的构建,提供丰富的高温和低温基础燃烧特性数据,有助于加深对天然气/柴油发动机缸内燃烧过程的理解,可为这类发动机的性能优化提供参考。