在化石能源气化利用过程中,由于其来源的多元化、成分的不确定性以及气化工艺本身的不同,使其产物组分存在着很大的差异。通常来说,气化气的主要成分有CH₄、C₂H₆、H₂、CO等可燃组分,以及N₂和CO₂等惰性气体。可燃组分的燃烧特性差异和比例波动,以及惰性气体导致的低热值特性,要求燃烧设备有广泛的适应性,给清洁利用过程造成了很大的挑战。需要以碳氢燃料的基础燃烧特性为出发点,取代传统的粗放的经验模式,科学地指导燃烧技术的发展和燃烧设备的设计。本文从燃气轮机等工业设备高温高压高雷诺数的工程实际情况出发,自主研制了压力燃烧试验平台,并采用先进的激光诊断技术结合多种燃烧器,探讨了碳氢燃料最基本也最受关心的几个基础燃烧特性。首先,基于压力燃烧试验平台,通过平面激光诱导荧光技术（PLIF）对1-7atm压力环境下层流火焰的CH自由基进行了可视化研究,系统性地研究了压力、当量比、混合气组分及供气速度对CH自由基生成及分布、本生火焰形态的影响。并以CH薄层作为火焰锋面,用旋转曲面法测量了压力环境下各工况的层流火焰速度。实验结果表明,以大约5倍于层流火焰速度的供速进行本生火焰测量,获得的速度值最为准确。实验以此标准测量了 CH₄-air火焰不同当量比不同压力下的层流火焰速度,并总结获得了经验公式。根据公式计算获得的层流火焰速度与球形火焰法的结果十分相近,偏差仅为3.6%。H₂的加入对CH₄-air层流火焰速度的提升是非匀速的。低比例下,每百分之一的H₂对层流火焰速度的提升是较为均匀的;根据实验数据总结出了不同压力环境下较低H₂比例CH₄-H₂混合气层流火焰速度的经验公式（H₂比例大于35%后公式不再适用）。C₂H₆引起的层流火焰速度提升要比等体积比的H₂更大,且受到压力的影响较小,即在较高压力下H₂的提升作用不太明显时,C₂H₆依旧作用明显。针对工业燃烧过程中高温环境下最为关注也最难达成的NO_x降排问题,本文采用激光诱导饱和荧光技术（LSF）对燃烧后区域的NO浓度进行了定量测量,并选取了目前学界较为认可的几个动力学机理（带NO_x子机理）进行验证。实验基于CH₄-air火焰和典型的煤制合成气火焰,系统性地研究了 CH₄含量、H₂-CO比例、稀释气比例、当量比等因素对尾气中NO含量的影响。CH₄对NO生成有突出的促进作用,CH₄-air火焰随当量比变化过程中NO摩尔分数出现两个峰值,分别是在当量比φ=1.0附近的热力NO_x峰值和在φ=1.3附近的快速NO_x峰值;CO/H₂合成气火焰只有一个峰值。不同的峰值表现,是因为热力型NO_x、快速型NO_x及NNH、N₂0等其他路径的不同权重造成的。以摩尔量为基准,H₂比CO导致的NO产率要低;但以单位质量燃料的NO产量为基准,H₂则更高。N₂和CO₂稀释的工况均会导致NO生成量的减少,且等体积分数CO₂稀释对NO降排的作用更为明显。模拟机理在富燃侧表现较差,对快速型NO_x路径的预测误差较大,同时对多组分气体中的NO预测表现较差,需要更多的实验数据为其提供修改方向。最后,采用平面激光诱导荧光技术（PLIF）对工业燃烧中更常见的湍流燃烧状态进行可视化研究,分析了湍流燃烧中的CH和OH基团的分布,探讨了火焰从层流过渡到弱湍流过程中火焰峰面的变化。发现了过渡过程中CH信号的展宽现象,印证了小涡刺穿-展宽-大涡刺穿-再展宽,直至展宽到积分尺度l0的过程。并发现了湍流火焰锋面拉伸率与CH分布的关系,提出了用CH-PLIF信号进行拉伸率二维表征的设想。实验还基于典型的煤制合成气,讨论了组分变化对火焰结构的影响。H₂的加入使得OH自由基向上游聚集,下游信号减弱,即H₂含量的增加争夺了 O原子,提高了混合气燃烧速度。最后一节,从腔体热负荷和荧光信号强度的角度,讨论了今后高压下湍流实验的可行性。