重力水平的改变和燃料密度的不同会给层流扩散火焰结构带来不同程度的影响,从而使层流扩散火焰呈现出不同的燃烧特征,而通过研究这些火焰特征可以加深对基本燃烧规律的理解,对推进燃烧技术的发展、燃烧理论的创新和加强航天飞行器上的火灾安全都有积极影响。本文利用 NRC 2D（National Research Council two-dimensional）火焰代码对甲烷、乙烷和丙烷的层流射流扩散火焰进行了系统详细的数值研究,通过对0G,0.5G,1G和1.5G重力水平下的层流射流扩散火焰的温度分布、热释放速率、火焰附着特性、OH分布以及炭黑生成的详细分析,以获得不同重力条件下的精细火焰结构。通过与文献数据对比,本文的计算模型能够为甲烷、乙烷和丙烷提供较为准确的预测。本文首先以乙烷为研究对象,详细分析了重力水平变化对乙烷层流射流扩散火焰结构的影响。0G重力水平下的温度峰值为2076.8 K,1G重力水平下的温度峰值为2098.9 K。乙烷火焰温度峰值和火焰热释放速率峰值随重力水平增大而升高,因为浮力诱导的自然对流会促进空气流和燃料流的混合,在正常重力下燃烧强度更大。乙烷层流扩散火焰在燃料管上有附着现象,火焰附着深度从0G重力水平下的-0.13 cm到1G重力水平下的-0.09 cm,火焰附着深度随重力水平增大而增大,这是乙烷燃料在燃料管出口处会跨越燃料管壁向空气侧扩散,以及燃料热解碎片和自由基向上游反向扩散造成的。乙烷火焰中OH摩尔分数峰值随重力水平增大而增大,炭黑摩尔分数也随重力水平增大而减小,且0G重力下的炭黑摩尔分数峰值约为1G重力下的两倍。在此基础上,本文对比探究了不同密度燃料（甲烷、乙烷和丙烷）在各重力条件下的火焰结构。在改变燃料种类时,采用初始燃料速度和燃料中C原子数成反比的方式,使得甲烷、乙烷和丙烷火焰高度相近,以获得燃料密度对不同重力条件下火焰结构的影响规律。甲烷和丙烷火焰温度分布与乙烷火焰相似,火焰中的温度峰值和火焰热释放速率峰值随燃料密度增大而升高。甲烷和丙烷火焰也有火焰附着现象,且甲烷火焰附着深度最深,火焰附着深度随燃料密度增大而减小。这是因为甲烷火焰中CH4质量通量矢量向空气侧扩散的方向相比乙烷和丙烷而言更偏向上游,从而更早地和空气相遇发生反应。甲烷火焰中炭黑分布面积最大,丙烷火焰中炭黑摩尔分数峰值最大。丙烷火焰中较大的炭黑成核速率和表面生长速率是造成丙烷火焰中炭黑浓度较高的主要原因。