在科学技术快速发展的今天，大量能源的能源使用为人类提供了舒适优质的生活，不过也对环境造成了一定的破坏，大量使用煤和石油等一次能源产生的环境污染已经成为全球关注的焦点。天然气作为清洁能源能够减少燃烧产生的空气污染物如NOx、硫氧化物等;而且资源储量丰富，因此研究天然气的燃烧利用具有重要的实际价值。为应对全球能源短缺与环境保护的挑战，以低污染燃烧，减少能源消耗的稀释燃烧技术研究应运而生。烟气再循环技术、温和燃烧技术、蒸汽稀释燃烧技术和富氧燃烧技术等稀释燃烧技术在工业中得到广泛应用。目前国内外学者已经对稀释剂对火焰的影响做了很多研究，但对稀释空间在稀释燃烧中对火焰的影响研究较少。同轴射流火焰模型是一种非常典型的扩散燃烧形式，也是最接近工业应用中的湍流多维燃烧火焰模型，因此，本文对稀释对甲烷同轴射流扩散火焰的影响展开研究，为稀释燃烧技术提供理论指导和数据支撑。
　　本文首先利用火焰模拟程序对甲烷层流同轴射流扩散火焰结构进行数值模拟，结合文献中实验数据，验证了火焰代码的准确性。该火焰代码结合了详细的化学反应机理，能够在低马赫数条件下详细地预测扩散、流动、传热和化学反应过程。本文主要研究了不同稀释比例的二氧化碳在燃料侧和氧化剂侧(以下称稀释空间)对甲烷层流同轴射流扩散火焰结构的影响，从化学反应机理和物理作用两个方面解释了稀释空间对火焰中OH浓度、火焰附着、火焰长度以及喷嘴温度的影响。
　　在稀释参数Z(0-0.20)范围内，对比了二氧化碳稀释和水蒸气稀释时稀释空间对火焰燃烧特性的影响:OH最大浓度在空气侧稀释比燃料侧稀释低，二氧化碳稀释时，Z=0.05时空气侧稀释的OH最大浓度是燃料侧的96.8％，而水蒸气稀释时为92.6％;从热释放速率来看，在燃料侧稀释的火焰根部热释放速率大于空气侧稀释，例如，当Z=0.05时，二氧化碳稀释时燃料侧火焰根部热释放速率是空气侧稀释的110％，水蒸气稀释该比例升至为时为116％。在火焰附着方面，燃料侧稀释时火焰附着深度变化明显，且水蒸气稀释作用比二氧化碳明显，例如，二氧化碳稀释时的稀释参数分别为0.05和0.15时，燃料侧稀释的火焰附着深度为-0.10cm为-0.06cm，水蒸汽稀释的火焰附着深度为-0.09cm和-0.04cm，而二氧化碳和水在空气侧稀释的火焰附着深度均稳定在-0.12cm左右。在喷嘴温度方面，稀释参数从0增加到0.20时，二氧化碳稀释燃料侧的喷嘴温度从1218K降低到1097K，稀释空气侧的喷嘴温度则从1218K降低到1176K，水蒸气稀释燃料侧的喷嘴温度从1218K降低到1037K，稀释空气侧的喷嘴温度则从1218K降低到1136K，可见，燃料侧稀释的喷嘴温度均低于空气侧稀释。在层流扩散火焰中，火焰长度与射流速度有关，二氧化碳和和水蒸气稀释的燃料侧射流速度均大于空气侧稀释导致所得的火焰长度在燃料侧稀释时较大。
　　综上所述，本文对于复杂气氛下燃烧现象的深入认识至关重要;在另一方面，为稀释燃烧在工业实际应用节能减排带来重要意义，具有工业应用指导价值。