天然气非催化部分氧化反应中的强放热反应和火焰不稳定性的问题影响了转化炉的安全、平稳运行,高温火焰导致的烧嘴和耐火衬里的烧蚀问题也亟待解决。以此为背景,本文进行了敞开空间下的火焰特性研究实验;并通过数值模拟的方法研究了氧气稀释对甲烷非催化部分氧化过程的影响。在敞开空间下考察了不同O2/CH4摩尔比和不同CO2稀释含量对甲烷氧气反扩散下的燃烧火焰形态、温度以及火焰稳定性的影响。结果表明:CO2稀释对火焰形态影响较大,火焰根部的黄色区域会随CO2稀释含量的增加而上移,整体可见火焰长度却随CO2含量的增加而减小;随氧化剂中CO2含量的增加,火焰亮度和碳烟生成量均有减少;当CO2稀释含量增大到45%的时候,火焰开始变得不稳定。O2/CH4摩尔比的增加使靠近火焰锋面处的蓝色火焰面积增大,火焰锋面变窄。通过建立天然气非催化部分氧化转化炉的数值模型,考察了三种稀释剂（N2、H2O、CO2）对转化炉内的温度分布及火焰反应区分布影响。结果表明:N2和H2O稀释对转化炉温度及反应区分布的影响差别很小,CO2稀释下的影响最为显著。相比于N2、H2O稀释,炉膛内的最高火焰温度在CO2稀释下降低了约50K,热释放速率显著降低,反应区更宽且火焰亮度降低。CO2稀释的三种效应对转化炉内温度和自由基分布的影响大小依次为稀释效应＞热效应＞化学效应。考察了不同含量CO2稀释和不同氧气射流速度对甲烷非催化部分转化炉内的火焰结构、温度分布、燃烧模态及合成气组成的影响。结果表明,炉膛内的最高温度有所降低,在相同入射速度100m/s下,当氧化剂中CO2的含量为15%和45%时,温度峰值相较纯氧条件分别降低40K和150K;相比于相同入射速度及氧化剂中CO2含量,速度的提高会使温度峰值继续降低约40K左右。同时,考察了不同工况下炉膛核心反应区的燃烧模态,在入射速度100m/s,CO2含量为0-45%时,MILD燃烧可以实现;而入射速度为182m/s,CO2稀释含量为45%的时候,反应不处于MILD燃烧区。当CO2含量从0%增加至45%,转化炉出口有效合成气（H2/CO）比从1.96降至1.35。