微小尺度燃烧是近年来燃烧学科发展的一个新兴领域,由于燃烧所产生的能量远大于传统的化学电池,所以基于燃烧的微小型动力设备被认为是现代微机电技术中（MEMS）一种十分有潜力的动力源,对该领域的研究在近年来得到了学者们广泛的关注,目前主要集中在微小尺度燃烧所面临的困难与挑战、燃烧特性、稳燃方法以及新型燃烧器的设计等。然而在实际燃烧过程中,由于燃烧不完全往往会生成大量的碳烟颗粒,它的排放不仅会降低实际燃烧能源系统的效率,同样也对人体健康和环境有着严重危害。了解微小尺度燃烧碳烟颗粒的生成特性及其物理化学性质,无论是对于开发清洁高效的微小型能源系统还是完善碳烟生成的基础理论,都具有重要的意义。本文基于自主设计的微小尺度燃烧实验平台,深入研究了在微小尺度燃烧下基础参数改变（过量空气系数、流速）、燃烧气氛、含氧燃料添加剂以及燃烧器的尺度效应对乙烯扩散火焰中碳烟颗粒生成特性的影响效果与调控机制。研究主要采用光学诊断与取样分析相结合的方法,利用双色法、普通透射电镜（TEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、热重分析（TGA）和气相色谱仪（GC）等探究了所生成碳烟颗粒的浓度信息、形貌特征、微观结构、氧化性质以及所排放尾气的组分浓度等理化性质,建立了在微小尺度燃烧条件下碳烟生成与气相产物之间的关联性,对所获得碳烟颗粒微观结构中的特征参数进行提取并量化,确定了其与宏观碳烟氧化性质之间的联系。首先,本文探究了两种燃烧器尺度下（管径为4和6mm）过量空气系数以及流速对燃烧特性及所生成碳烟颗粒物理化学性质的作用机制。在相同燃料与氧化剂流量下,当燃烧器尺寸由4 mm增加到6 mm时,其内部火焰温度与碳烟生成量也会明显上升,而且可收集到碳烟颗粒的范围也会随之增加。此外,不同尺寸燃烧器之间所产生碳烟颗粒的微观结构存在显著差异。管径4 mm燃烧器中生成的碳烟颗粒呈现出部分无序结构,而管径6 mm燃烧器内产生的碳烟颗粒为典型的类富勒烯结构。这是因为在大尺寸燃烧器内,燃烧的停留时间更长且火焰温度更高,这有助于提高所生成碳烟颗粒的碳化程度。此外,当流量改变量相同时,两种尺寸燃烧器之间所生成碳烟颗粒的性质变化趋势有所差异。随着入口流量的增加,管径6mm燃烧器内所产生碳烟颗粒的氧化活性一直呈下降趋势,而管径4 mm燃烧器内所产生碳烟颗粒的氧化活性则呈现先下降后上升的趋势。这是因为相同的流量增量在不同管径燃烧器之间造成的停留时间与温度改变量不同。其次,采用了热泳取样与沉积取样相结合的方式,对两种尺度燃烧器在不同燃烧气氛下（O2/N2与O2/CO2）的火焰特性以及所排放的碳烟颗粒与尾气组分进行了研究,建立了碳烟颗粒生成与气相产物之间的关联性。当O2浓度的增加时,微小尺度下的燃料转化率和温度在燃烧过程中显著提高,并且碳烟颗粒生成特性也具有显著差异。当O2浓度为21%时,碳烟颗粒的形貌特征和微观结构呈现出薄膜状物质和无定形结构,但在30%和40%的O2浓度下,碳烟颗粒中能够观察到更多的链状团聚体和类富勒烯结构。此外,CO2的热效应和化学效应都可以在实验中得到验证,由于CO2比热容大于N2,所以CO2气氛稀释火焰中的燃料转化率和火焰温度始终低于N2气氛稀释的火焰。又因为CO2直接参与了燃烧与碳烟生成过程中的基元反应CO2+H（?）CO+OH,加速了该可逆反应的正向进行,所以CO2气氛稀释火焰所排放尾气中的CO浓度均高于N2气氛稀释火焰中的CO浓度。然后,进一步分析了不同比例含氧燃料DME的添加（0%-100%）在微小尺度燃烧下对碳烟生成特性的调控机制。结果表明,在微小尺度燃烧器内向纯乙烯燃料添加DME仍具有协同效应。随着DME的添加比例从0%增加到10%,火焰温度与碳烟浓度均少量增加,但是当DME的添加比例超过20%时,火焰温度与碳烟浓度都急剧下降。这种协同效应在大管径6mm燃烧器内更为明显。碳烟颗粒取样分析的结果表明,当添加0%-10%的DME时,碳烟颗粒的形貌特征呈现出了典型的链状团聚体,其微观结构也呈现出了清晰的类富勒烯结构,但是当DME的添加比例超过20%时,更多的膜状材料与无定形结构在所生成碳烟的微观结构内被观测到。此外,当DME从0%添加到100%时,尾气中的CO和H2浓度先呈现出降低趋势后逐渐增加,刚好与碳烟生成的协同效应趋势相反,这表明所排放尾气组分与碳烟生成特性间有高度关联性。最后,通过光学诊断与取样分析相结合的方法详细探究了从微小尺度到常规尺度转变过程中详细的尺度效应对碳烟生成及气相产物的影响。在相同工况下,尺度效应对火焰温度呈现出了非单调性的影响,即随着燃烧器尺寸的增加,火焰温度先上升后急剧降低,但是碳烟浓度场却先增加后维持在一个相近的范围内,所生成碳烟颗粒的碳化程度始终呈现出增加趋势。这可能是由于火焰温度与碳烟生成的影响机制不同,随着燃烧器尺寸的增加,燃料与氧化剂间的扩散速率降低,混合过程更加不均匀,局部当量比增加,这减少了燃烧的放热量但却促进了碳烟颗粒的生成。