镁基金属燃料的能量主要是通过燃气流中镁颗粒的燃烧释放出来,二氧化碳是发动机内燃气主要组分之一,因此研究镁颗粒在二氧化碳中点火燃烧特性可以为推进剂高效燃烧提供理论依据和技术指导。本文在总结国内外金属颗粒点火燃烧试验研究基础之上,改进了镁颗粒点火燃烧试验系统。采用高能氙灯辐射点火系统、高速摄影仪、微距镜头、光谱仪、极细钨铼热电偶等装置得到了颗粒点火燃烧过程中细节图像和颗粒温度变化历程,获得了颗粒燃烧时的光谱信息,确定了燃烧阶段的主要气相组分。探究了环境压强对镁颗粒点火和燃烧过程的影响,分析了燃烧产物的结构和成份。从能量和受力两个角度分析了镁颗粒在二氧化碳气体氛围中的点火过程,综合镁颗粒能量平衡和氧化层受力关系,建立了镁颗粒点火模型。采用数值计算方法,开展了颗粒粒径和环境温度对点火延迟时间影响的研究。以颗粒内部金属表面、氧化层外表面、火焰面和环境无穷远为边界,将颗粒周围空间划分为三个区域,根据颗粒氧化层尺寸和火焰尺寸之间的关系,将颗粒燃烧过程划分为两个阶段,同时考虑气相燃烧反应和颗粒表面多相化学反应,建立了镁颗粒三分区燃烧模型。通过数值计算,分析了环境温度和二氧化碳浓度对颗粒燃烧的影响。