火焰熄灭是燃烧学中的经典现象，对于燃烧稳定性以及燃烧器安全运行有着重要影响。本生灯顶端开口现象是一个典型的火焰局部熄灭现象。在本生灯火焰顶部，局部强烈的负拉伸以及优先扩散导致其火焰在混合气Lewis数小于1时出现顶端燃烧减弱甚至熄灭。这种局部火焰结构可以看做是湍流火焰凹凸褶皱结构中一个局部火焰模型。之前研究表明在对冲火焰中可以用局部Karlovitz数来判断火焰是否熄灭，但是，由于对冲火焰和本生灯火焰结构的不同，用Karlovitz数来判断本生灯火焰熄灭的合理性有待证实。另外，本生灯火焰底部脱火是燃烧器局部脱火、熄灭和不稳定燃烧的局部模型，其研究对于加强实际燃烧器燃烧稳定性和拓展稳定燃烧范围有重要意义。

本文利用OH-PLIF平面激光诱导荧光技术探测了不同掺氢比合成气以及丙烷预混层流本生灯火焰结构，得到了不同掺氢比合成气发生顶端开口时的临界当量比，分析了其顶端开口处的局部Karlovitz数。同时，针对燃气灶具的燃烧稳定性问题，设计了在燃气灶火孔外部增加稳焰环从而增强火焰稳定性的方案，并对该方案进行了理论分析和实验验证。研究结果表明：

1. 在合成气以及丙烷本生灯火焰中，其顶端开口现象符合有效Lewis数对于火焰的预测。对于稀燃合成气，掺氢比较高时，即有效Lewis数小于1时，其火焰发生顶端开口。对于丙烷火焰来说，其有效Lewis小于1发生在当量比大于1工况下，此时其顶端发生局部熄灭。同时，合成气和丙烷本生灯火焰顶端熄灭的临界当量比不随本生灯出口流速的变化而改变。

2. 用局部Karlovitz数可以衡量合成气和丙烷本生灯火焰的顶端熄灭现象。但是，不像对冲火焰熄灭时局部Karlovitz数与燃料无关，合成气和丙烷本生灯火焰顶端熄灭时的局部Karlovitz数随着燃料的变化而改变。造成这种现象的原因是其火焰拉伸率引起的因素不同。对冲火焰拉伸率由流动引起，本生灯火焰顶端拉伸率由曲率引起。曲率引起的拉伸率会造成火焰厚度在大曲率的火焰面处变厚，而火焰面厚度是局部Karlovitz数计算过程中一个很重要的参数。在本生灯火焰中，不同燃料顶端处火焰面受到曲率影响程度不同，导致了其顶端熄灭时局部Karlovitz数不同。

3. 在本生灯火焰底部，稳焰环方案对于火焰的稳定有明显改善，火焰的脱火极限提高了25%。但是由于稳焰环的设计是按照速度匹配法结合壁面的淬熄效应计算出来的，故火孔直径、火孔出口速度以及壁面淬熄距离对于稳焰环的设计尺寸有决定性影响。另外，由于理论与实际中壁面淬熄效应等因素的不同，实际稳焰环尺寸还需要通过实验确定。