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面对未来氢能时代，如何高效地、清洁地利用氢气是全世界面临的课题和挑战。本文基于可控活化热氛围燃烧器，采用试验和仿真计算相结合的方法研究了热氛围中添加稀释气体(N2、Ar和CO2)对氢气射流燃烧特性的影响，不仅可以为氩气循环发动机的设计开发提供理论依据，而且可以丰富可控热氛围下氢气湍流燃烧的基础数据。
为使试验能稳定持续地进行，本文设计开发了小型可控活化热氛围燃烧器，并搭建可控活化热氛围试验系统。协流温度场的测量结果表明该试验系统能够提供稳定的高温热氛围。
基于可控活化热氛围燃烧器，采用高速摄影技术研究了射流速度和稀释气体对氢气射流火焰的影响。试验结果表明：随着协流温度的升高，火焰亮度增加，火焰起升高度降低，燃烧稳定性变好；高温时，射流中心线上会形成一个狭长的暗色中空区域。射流速度增加，火焰起升高度增加且其波动加剧，但射流速度对火焰亮度没有明显的影响。相同协流温度时，CO2氛围中的火焰亮度最大，Ar氛围中的次之，N2氛围的最小，并且高温区CO2氛围中的火焰亮度显著大于Ar氛围或N2氛围中的。热氛围中Ar比例增加，火焰亮度降低，中心线上狭长的暗色中空区域变得更加明显；低温时，Ar比例增加会使火焰起升高度变低且其波动减小，而高温时则相反。结合理论计算推断，相同条件下，火焰起升高度取决于滞燃期，而火焰起升高度波动则取决于滞燃期对温度的敏感性；敏感性越高，火焰起升高度波动越大。
应用组分PDF输运模型与标准k-ε模型耦合，模拟计算了稀释气体对氢气射流燃烧特性的影响。结果表明：不同稀释剂氛围中，火焰起升高度对应的临界温度不同。当协流温度小于993K时，CO2氛围中的火焰起升高度最大，N2氛围中的次之，Ar氛围中的最小，而协流温度大于1027K时则呈现相反的规律；这是因为火焰起升高度取决于物理滞燃期和化学滞燃期两个因素，不同条件下两个因素所占比重不同。相同协流温度时，Ar氛围中的火焰最高温度最大，N2氛围中的次之，CO2氛围中的最小，该现象是由N2、Ar和CO2三种气体摩尔定压热容不同(Ar＜N2＜CO2)所导致；火焰中OH自由基的摩尔分数最大值呈现出与火焰最高温度相同的规律。另外，通过仿真分析推断出：CO2氛围中火焰亮度显著增加的原因是火焰中产生了CO2*(激发态CO2)。
为使试验能稳定持续地进行，本文设计开发了小型可控活化热氛围燃烧器，并搭建可控活化热氛围试验系统。协流温度场的测量结果表明该试验系统能够提供稳定的高温热氛围。
基于可控活化热氛围燃烧器，采用高速摄影技术研究了射流速度和稀释气体对氢气射流火焰的影响。试验结果表明：随着协流温度的升高，火焰亮度增加，火焰起升高度降低，燃烧稳定性变好；高温时，射流中心线上会形成一个狭长的暗色中空区域。射流速度增加，火焰起升高度增加且其波动加剧，但射流速度对火焰亮度没有明显的影响。相同协流温度时，CO2氛围中的火焰亮度最大，Ar氛围中的次之，N2氛围的最小，并且高温区CO2氛围中的火焰亮度显著大于Ar氛围或N2氛围中的。热氛围中Ar比例增加，火焰亮度降低，中心线上狭长的暗色中空区域变得更加明显；低温时，Ar比例增加会使火焰起升高度变低且其波动减小，而高温时则相反。结合理论计算推断，相同条件下，火焰起升高度取决于滞燃期，而火焰起升高度波动则取决于滞燃期对温度的敏感性；敏感性越高，火焰起升高度波动越大。
应用组分PDF输运模型与标准k-ε模型耦合，模拟计算了稀释气体对氢气射流燃烧特性的影响。结果表明：不同稀释剂氛围中，火焰起升高度对应的临界温度不同。当协流温度小于993K时，CO2氛围中的火焰起升高度最大，N2氛围中的次之，Ar氛围中的最小，而协流温度大于1027K时则呈现相反的规律；这是因为火焰起升高度取决于物理滞燃期和化学滞燃期两个因素，不同条件下两个因素所占比重不同。相同协流温度时，Ar氛围中的火焰最高温度最大，N2氛围中的次之，CO2氛围中的最小，该现象是由N2、Ar和CO2三种气体摩尔定压热容不同(Ar＜N2＜CO2)所导致；火焰中OH自由基的摩尔分数最大值呈现出与火焰最高温度相同的规律。另外，通过仿真分析推断出：CO2氛围中火焰亮度显著增加的原因是火焰中产生了CO2*(激发态CO2)。