碳烟（soot）是碳氢燃料燃烧和高温热解过程中不完全燃烧所产生的一种颗粒物。碳烟的排出过程会带走部分热量,降低燃料的利用率,影响燃烧设备热效率。同时排放的碳烟颗粒会长期悬浮在空气中,促进雾霾形成,危害人的身体健康。实际燃烧工况大多是在高压下进行的,所以研究高压下的碳烟生成特性具有重要意义。此外,研究H₂、CO、CO₂等稀释剂作用下的碳烟生成特性对于掺混燃烧和废气再循环过程中的颗粒污染物控制具有指导意义。本文首先在高压轴对称扩散燃烧实验系统上开展实验,研究CH₄层流扩散火焰在不同压力和不同CO₂添加比例条件下的碳烟排放特性。再采用开源程序CoFlame对CH₄层流扩散火焰进行数值模拟研究,模拟研究的工况及条件和实验研究保持一致。实验采用漫射光二维视线衰减技术（Diffuse 2D-LOSA）测量碳烟体积分数分布和温度分布。数值模拟计算出温度场、各组分浓度场、碳烟体积分数、成核速率、数密度及碳烟粒子动力学演化等。通过实验和数值模拟结果相比较,发现实验与模拟结果相吻合,验证了开源程序CoFlame对层流扩散火焰中碳烟生成预测的准确性和有效性。实验和模拟结果表明:压力升高使CH₄层流扩散火焰中的碳烟体积分数增大,火焰温度升高,碳烟形成区域径向变窄。随CO₂添加比例的增加,CH₄火焰中碳烟体积分数减小,火焰温度降低。其次,在验证了CoFlame模拟程序对层流扩散火焰碳烟生成预测具有准确性和有效性的基础上,进一步通过CoFlame程序对不同压力和H₂、CO添加剂条件下,不同种类碳氢燃料（C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈,其中C/H不同）层流扩散火焰中碳烟的形成进行全面的模拟研究。数值模拟结果表明:随着H₂、CO添加比例增大,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈扩散火焰中的温度升高,碳烟体积分数、初级颗粒粒径和数密度都减小,并且CO对碳烟形成的抑制要弱于H₂。随着压力升高,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈火焰中碳烟体积分数都增大,温度升高。随着燃料碳氢比的升高,碳氢燃料扩散火焰中碳烟体积分数逐渐增大,碳烟分布区域沿高度方向不断拉升,径向收缩。本文获得了不同条件下多种碳氢燃料燃烧时的碳烟生成特性,有助于揭示碳氢燃料燃烧时碳烟的形成机理,可对高压及稀释燃烧过程中的颗粒污染物排放控制起一定的指导作用。