在世界严峻的能源形势与环保形势下,发动机清洁替代能源的研究显得十分重要。气态烷烃天然储量丰富,广泛的存在于天然气田中,物理化学性质稳定,且完全燃烧时不产生有害气体,是理想的清洁能源,其主要成分为甲烷,并含有少量乙烷与丙烷。但是天然气燃烧速度慢,可燃极限低,密度小且成分不稳定,导致使用过程中内燃机出现动力下降、循环变动增加等问题。研究表明:C1-C3气态烷烃中,乙烷的燃烧速度最快,其次是丙烷,甲烷最慢;乙烷、丙烷与甲烷掺混燃烧可以增大甲烷稀燃极限,降低甲烷燃烧循环变动,改善甲烷燃烧速度较慢的问题,因此研究甲烷、乙烷、丙烷的燃烧共性、相对热值更高的乙烷、丙烷作为内燃机燃料的可行性以及燃烧性能改善的可能性具有较大意义;另外它们的分子量分别小于、约等于、大于空气的分子量,实验研究中他们表现出来的胞状不稳定趋势与自加速趋势随分子量变化呈规律性变化,因此从燃烧学角度看它们是具有代表性的气体燃料;同时作为理论替代燃料的乙烷因天然储量等原因,目前还未得到充分研究,三种典型性的气态烷烃理论研究还不成体系;因此本文的研究不但具有重大的理论意义,也有较高的实际应用价值。本文基定容燃烧测试系统,针对甲烷、乙烷与丙烷展开了层流燃烧研究、胞状不稳定性研究以及自加速特性研究。首先开发了适用于定容燃烧采集到的火焰阴影图像以及纹影图像的批处理程序,可以方便的识别火焰轮廓,准确的计算出火焰的半径以及圆心,并可应用于自加速指数的计算,大大提高了后续实验数据计算的精确度与速度。随后通过对火焰阴影图片的数据处理计算,得到了三种燃料的马克斯坦长度与无拉伸层流燃烧速度随压力、当量比的变化规律,证实了分子量大小不同的气体燃料不稳定性变化的规律,通过拟合分别得到三种燃料适用于初始工况在较大压力与当量比范围变化的层流燃烧速度经验公式;对比了计算层流燃烧速度的线性方法与非线性方法的结果差异,证实了计算中非线性方法与线性方法相结合的合理性与必要性。紧接着结合密度比、火焰厚度、刘易斯数的结果以及火焰图片、临界Peclet数分析得到了三种燃料火焰燃烧的胞状不稳定性随压力、当量比的变化规律;计算得到了临界Peclet数随压力、当量比变化的经验公式。最后介绍了自加速现象的表现;分析了自加速现象出现的原因以及后续的发展;对自加速火焰的轮廓变化做了量化研究;针对自加速时火焰前锋面的胞状体的发展特点做了定量探究,分析其与自加速发展以及胞状不稳定性之间的内在关联;分析了火焰自加速时的火焰形态特征变化规律,计算了三种燃料的自加速指数和分型维数,并分析其变化规律。在本文研究的范围内得到他们所能达到的最大自加速指数为:甲烷1.36左右,乙烷与丙烷1.4左右,最大分形维数分别为甲烷2.26,乙烷与丙烷2.28。