内燃机做功过程的实质是受限空间内的湍流燃烧过程,该过程直接影响了内燃机的热效率和排放特性。由于湍流燃烧过程的复杂性以及湍流燃烧实验研究的困难性,目前相关研究还相当有限,且缺乏针对湿壁氛围下火焰传播过程的系统性试验验证。本文基于甲烷-空气预混火焰,探讨了湍流射流火焰的传播和燃烧特性,并研究了湿壁氛围对湍流射流火焰传播过程的影响,主要研究内容如下:首先,搭建了定容燃烧弹试验台架并编写了同步控制系统。开发了一种适用于纹影图像的火焰轮廓阈值分割方法,实现对火焰传播特性的定量研究。其次,通过上述的实验装置和测试手段,在无初始湍流场条件下研究了背景压力和混合气当量比对火焰结构特性和层流传播速度的影响。研究发现随着初始压力增加,火焰层流传播速度减小,不稳定性增强。在此基础上研究了湍流射流火焰的点火与传播过程,并定量研究了不同背景压力、当量比以及不同孔径预燃室形成的初始湍流场对火焰传播特性的影响。基于燃烧压力分析了不同边界条件下的火焰燃烧特性,并计算了不同条件下的燃烧放热率。结果表明湍流射流火焰点火与传播过程分为五个阶段。随着预燃室孔径的增加,滞燃期缩短,火焰传播速度呈先增加后减小的变化趋势,初始压力对火焰传播特性的影响增强。相比于层流燃烧过程,当量比对湍流射流火焰传播特性影响较小,且预燃室孔径增加对一定范围内非化学计量当量比的火焰传播具有促进作用。燃烧峰值压力升高率和燃烧强化指数随预燃室孔径的增加呈先增加后减小的变化趋势。湍流射流火焰燃烧放热率随混合气初始压力的增加而增大,且随着预燃室孔径的降低,燃烧放热率曲线开始呈现双峰分布。最后,为了模拟实际发动机燃烧室内湿壁氛围下的燃烧过程,基于正癸烷/正十二烷/正十四烷以及混合燃料营造了湿壁燃烧氛围,分析了不同附壁油膜条件下的湍流射流火焰传播过程和燃烧特性,并基于OH·自由基化学发光成像结果分析了附壁油膜以及初始湍流场对湿壁氛围下预混火焰燃烧过程的影响机理。研究发现湿壁氛围形成于预燃室点火和气体扩散阶段。混合气初始压力增加对附壁油膜蒸发和混合气扩散的抑制作用大于热容量增加对油膜蒸发的促进作用,提升燃烧初始压力可以降低附壁油膜对燃烧过程的影响。油膜蒸发对混合气当量比的改变是影响燃烧强度的主导因素。混合燃料油膜中沸点较低的低碳数组分是影响火焰传播特性和燃烧强度的主要因素,沸点较高的重组分主要造成后燃持续期增加和后燃燃烧压力上升。适当增强初始湍流场可以促进缸内混合气混合过程并抑制附壁油膜后燃着火现象。