火焰场中纳米颗粒物的生成广泛存在于实际工业燃烧过程中。在高温火焰场中,纳米颗粒物的形成涉及气相反应、颗粒成核、碰撞、烧结、团聚等一系列复杂的多相、多尺度的物理化学过程。理解纳米颗粒物在火焰场里的生成规律是控制燃烧颗粒物排放、实现清洁燃烧的关键,也是主动调控高温火焰场实现纳米材料合成的基础。本文以上述两类纳米颗粒物（碳烟颗粒、金属氧化物纳米颗粒）为研究对象,采用分子动力学模拟的研究方法,揭示了纳米颗粒物在高温火焰场中成核、碰撞、烧结、相变等动力学行为的普遍规律。首次运用ReaxFF分子动力学模拟方法研究燃烧中的碳烟成核问题。发现火焰温度和多环芳烃（PAH）分子结构共同决定了初始碳烟的成核路径及形貌。低温时（晕苯,T<1000 K）,PAH单体通过分子间相互作用形成局部堆叠结构的碳烟颗粒。通过构建PAH二聚过程正逆反应速率常数与温度和PAH分子结构的经验关系式,发现PAH分子二聚过程对碳烟成核的贡献有限。N₂分子与PAH二聚物的碰撞将降低PAH二聚物的稳定性,进一步抑制PAH通过物理路径成核。当温度超过2500K后,PAH单体发生化学键断裂,随后通过化学成核的路径形成以‘碳链’衔接的堆叠结构及富勒烯结构的碳烟颗粒。进一步考虑了金属元素对碳烟成核的作用,发现Fe原子可以有效促进PAH单体活化,PAH单体长大及碳烟异相成核。1500 K,Fe原子促进PAH分子中C-H键的断裂,碳烟成核由化学和物理路径共同决定。2500 K,Fe原子进一步促进PAH分子内C-C键断裂,碳烟成核过程由化学路径主导。金属团簇的存在同样可以提高PAH分子物理成核的温度上限,降低化学成核温度并加速碳烟的石墨化。对于金属氧化物纳米颗粒的形成过程,运用经典分子动力学模拟方法,揭示了TiO₂纳米颗粒粒径、晶格结构和温度对其烧结过程的影响,发现烧结过程诱导产生的相变。当烧结温度高于颗粒熔点时,烧结过程主要受粘性流动机制主导,且无成核现象。当烧结温度低于颗粒熔点时,颗粒的烧结过程受表面无定型结构及内部有序晶格结构的双重作用,烧结后期发生相变。无定型颗粒与核-环结构颗粒烧结过程中,发现无定型结构首先成核,后期颗粒发生相变。通过采用配位数和键角分布函数表征TiO₂颗粒局部晶型,揭示了纳米颗粒烧结过程中形成的晶界有助于新晶型的产生并诱发颗粒的相变。