由煤、生物质、有机废弃物的气化产生的合成气是一种很有前景的清洁高效燃料,主要组成为H2、CO、CH4、C02、02、N2等,与固体燃料直接燃烧相比,不仅能够提高能源利用效率,而且还能有效降低污染物排放,在未来的能源利用与转化方面具有极大的潜力。但是合成气的气体组成复杂、热值低、燃烧不稳定,加上其燃烧机理研究的不足,给实际应用带来很大挑战。因此,深入研究合成气的燃烧特性、高效清洁的利用合成气,是我国清洁能源战略的一个重要组成部分。激光燃烧诊断技术具有不干扰流场、对恶劣的燃烧环境适应性强等优点,是研究火焰燃烧机理的理想手段。本文运用先进的激光燃烧诊断技术,对合成气的预混层流和湍流燃烧特性以及臭氧的强化燃烧展开了一系列的研究,形成了比较全面、系统的合成气燃烧理论,不仅为我国新型燃烧设备的发展与优化提供了重要的基础与工程实践指导,而且对未来的燃烧科学研究领域和工程设计也有着重要的意义。本文先利用瑞利散射对烟煤气化合成气在稀薄预混条件下的层流火焰温度进行了定量测量,并与热电偶测量及CHEMKIN数值计算结果进行了对比分析；然后利用热流量法和热敏磷光测温法测量了两种典型合成气：5%H2-95%CO和20%H2-20%CO-60%N2的绝热层流火焰速度,并运用CHEMKIN的三种机理：GRI-Mech3.0, USC Mech Ⅱ和Davis’H2/CO进行了计算与对比验证。结果发现,氮气稀释对合成气的层流火焰速度有抑制作用,而预热温度的提高对火焰速度有促进作用；热流量法测合成气层流火焰速度的最小误差为0.5975cm/s；三种机理中Davis’H2/CO机理能够更好地预测H2/CO合成气的层流火焰速度。接下来,本文模拟了真实组分的低热值煤／生物质气化合成气,利用OH-PLIF技术,对四种典型煤／生物质气化合成气的稀薄预混湍流火焰特性进行了试验研究与分析,包括湍流火焰结构、火焰前锋位置和湍流火焰速度等。研究表明,当量比、氢气含量、低热值和湍流强度对合成气火焰中OH自由基的强度分布、OH反应层的厚度、火焰长度、火焰前锋位置以及湍流火焰速度均有一定的影响；四种合成气中烟煤气化合成气的湍流火焰速度最大、更有利于燃烬；湍流强度可以压缩OH反应层的厚度,增强OH自由基的强度分布,从而强化了合成气的燃烧过程。最后,本文利用热流量法精确测量了甲烷-空气预混气在有/无臭氧添加条件下的绝热层流火焰速度,研究了臭氧浓度变化对燃烧速度的影响,并改进了新的16步臭氧机理,运用CHEMKIN软件的PREMIX模块,对甲烷-空气-臭氧预混火焰的温度、主要自由基的分布、10个关键反应的敏感度分析以及火焰速度进行了计算与验证,确定了对臭氧增强火焰速度起关键作用的机理反应,进一步研究了臭氧分子的强化燃烧机理。研究表明,臭氧分子的加入,在火焰的预热区产生了大量的O自由基,从而激发了支链反应的发生,提高了火焰速度,强化了燃烧。