矿井瓦斯爆炸是煤炭生产过程中发生最频繁的事故灾害,如何预防和控制瓦斯爆炸事故是目前煤矿安全生产工作的主要问题,故对瓦斯爆炸过程中火焰结构及相关参数进行深入研究具有非常重要的意义。论文采用实验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法研究了管道中瓦斯爆炸过程中火焰传播的精细结构特性。采用自行设计的尺寸为50cm×8cm×8cm的方形实验管道,结合高速摄像纹影系统、离子探针和微细热电偶等测试系统,探测了浓度为9.5%的甲烷-空气预混气体火焰在管道内传播过程中的动态变化过程及精细结构特性。高速摄像纹影系统清晰捕捉了瓦斯爆炸过程火焰结构的变化特征以及‘’tulip"火焰形成的全过程。火焰结构图片和所探测物理参数相结合,分析了火焰前进过程中流场附近温度、压力上升速率等相关参数的变化特征,从而揭示了管道中预混气体火焰传播特性和精细结构特性。研究结果表明：预混火焰在管道中传播过程中,火焰结构变化会经历“平滑-中心内凹-失稳”的过程,这是火焰不稳定的表现。火焰传播过程中由于压力波与反射波的共同作用,传播速度出现先加速后减速的变化过程,而"tulip"火焰形成于火焰传播速度迅速降低的区域里,且减速阶段的加速度接近最大值,火焰结构变化伴随着层流与湍流的转化,且火焰厚度会发生变化。同时借助数值模拟平台,建立与实验条件相近的数学模型和物理模型,对管道内甲烷-空气预混气体火焰的传播过程进行了数值模拟,得到了管道内爆炸反应过程中影响火焰精细结构的相关参数(温度、压力、燃烧率、速度等)的变化过程。实验与数值模拟结果比对分析,验证了实验的合理性。最后分析了浓度、管道长径比、管道泄压口比率和障碍物等条件对火焰前沿流场附近相关参数的影响。本课题的研究成果可为进一步预防和控制瓦斯爆炸事故的发生提供借鉴,同时,对于研究如何有效地防止工业管道中可燃气体爆炸事故、保证气体能源动力的安全,在研究方法上具有指导意义。