由于能源问题和环境问题日益严重,作为大气污染物主要来源汽车尾气也受到日益严格的排放法规限制。纯氧燃烧技术是一项非常具有应用前景的清洁燃烧技术,同时研究人员提出在纯氧燃烧过程中引入水蒸气,并将其应用在发动机中,能够有效降低污染物排放和火焰温度,提高循环热效率。同时由于天然气发动机具有较好的排放性能,受到了越来越多的重视。目前该技术成功应用在涡轮机发电领域,但是在内燃机领域鲜有涉及。为将该技术广泛应用到天然气发动机中,需要大量关于在O2/H2O气氛下CH4火焰特性等基础研究数据。本文研究了在O2/H2O气氛下CH4层流火焰特性,利用定容燃烧弹实验结合CHEMKIN软件数值计算的方式,获得了不同稀释气体、稀释率、预热温度、当量比和水蒸气浓度下的层流火焰速度和火焰结构等基础数据,分析其对CH4火焰特性和燃烧过程的影响规律。揭示稀释气体的物理作用和化学作用对反应机理和反应路径的影响规律。利用定容燃烧弹实验台和CHEMKIN软件数值计算获得不同条件下的CH4层流火焰速度。不同稀释气体下,随着稀释率的增加层流火焰速度逐渐降低。在N2稀释时,随稀释率的增加,层流火焰速度呈线性下降趋势;在H2O稀释时,层流火焰速度初期呈线性下降趋势,后期趋势逐渐平缓;在CO2稀释时,随稀释率的增加,层流火焰速度近似呈指数下降趋势。同一稀释率下,CO2稀释对降低层流火焰速度效果最明显,H2O稀释次之。与N2稀释相比,在H2O稀释时,OH自由基最大值变化不大,而O、H最大值都明显减小。同样在CO2稀释时,OH、O和H最大值也都明显减小。在CO2稀释时,CH2（S）的消耗路径发生了变化,基元反应R153是O2/CO2气氛下CH2（S）消耗的主要反应;在H2O稀释时,通过基元反应R52促进了CH3向CH4转化,减缓整体反应速度,降低层流火焰速度。随着CO2的含量增加,热扩散作用逐渐增大,成为层流火焰速度降低的主要原因。当水含量增加时,物理作用有所减小,其化学效应在逐渐增加。层流火焰速度随当量比升高先增加后降低,约在1.0处取得速度峰值。随着当量比增加,H自由基相对摩尔分数逐渐增加,O和OH自由基相对摩尔分数在逐渐减小。OH的下降速率大于O的下降速率,而HO2自由基相对摩尔分数基本保持不变。随着预热温度升高,层流火焰速度以指数规律增加,火焰中主要自由基H和OH的浓度峰值明显增大,而自由基O略微有所增加,自由基HO2基本保持不变。随着水蒸气浓度增加水蒸气的物理作用逐渐减小,化学作用逐渐增大,但是物理作用一直是导致层流火焰速度降低的主要原因。随着水蒸气含量的增加主要自由基H、O和OH浓度峰值都在逐渐降低,但是高水蒸气浓度下,水蒸气促进R86:OH+OH=O+H2O逆向进行,自由基OH相对摩尔浓度逐渐增加。