扩散射流火焰因易于控制而在工业燃烧设备中应用十分广泛,但是一些不受控制的扩散射流火焰也能给人们带来巨大伤害。近年来,因燃气管道破裂形成的扩散射流火灾事故频繁发生,造成了极大的人员伤亡和财产损失。因此,研究扩散射流火焰燃烧行为特征对工业燃烧设备的设计和安全高效运行以及相关的火灾安全问题都具有重要的意义。前人对常规条件下的扩散射流火焰燃烧行为已开展了大量的研究,且形成了较为成熟的理论。但是,对一些特殊环境条件(例如,高原低氧低压环境,低压与环境风耦合环境以及微重力环境等)下的扩散射流火焰燃烧行为,人们却研究得相对较少。随着经济的发展和科技的进步,人们在这种特殊环境下的生产活动却越来越频繁。因此,十分有必要开展针对性的研究,以揭示扩散射流火焰在这种特殊环境下的燃烧行为特性,完善相关的火灾动力学理论,并为火灾防治技术的开发和改进提供理论和数据支持。本文采用理论分析和实验研究相结合的方法,对不同环境条件下的扩散射流火焰行为特征开展了研究。为此,我们分别设计了：(1)合肥和拉萨自由扩散射流火焰行为特性实验研究装置；(2)合肥和拉萨水平环境风作用下扩散射流火焰行为特性实验研究装置；和(3)微重力和常重力伴流扩散射流火焰行为实验研究装置。通过对典型特征参数(火焰形态、火焰中心线温度、火焰辐射、火焰推举和吹熄行为)的分析,结合火灾和燃烧动力学经典理论,揭示了三种不同特殊环境条件下扩散射流火焰行为演化机制,并建立了相应的无量纲数学表征模型。具体的研究工作包括：研究了高原低氧低压环境和平原常压常氧环境下自由扩散射流火焰高度、火焰中心线温度、火焰辐射和推举行为。通过研究合肥和拉萨两地火焰高度的差别,发现低压下的平均火焰高度要显著高于常压环境下的平均火焰高度。通过分析火羽流基本物理模型,建立了量化两地空气卷吸差别的方法,对经典火焰高度物理模型进行了修正。引入了虚点源理论,考虑其与火焰火源功率、火焰尺寸和大气环境等因素之间的耦合关系,得到了两种气压环境下虚点源无量纲模型。并通过虚点源模型修正了自由扩散射流火焰中心线温度分布三段模型。另外,通过实验还发现了气压越低推举高度越大的现象。通过分析经典火焰推举模型及其中受到压力影响的关键性因素,发现了不同气压下火焰推举产生差异的根本原因,修正了Kalghatgi经典火焰推举模型。研究了合肥和拉萨两种气压条件水平环境风作用下的扩散射流火焰演化过程,发现：1)在常压环境中,随着风速的增加,火焰形态和颜色都会发生显著的变化。火焰迹线长度先随着风速的增加而逐步减小,而后会达到一个最小值,最后将保持相对稳定或者被拉长。而在低压环境中,随着风速的增加,火焰长度则保持单调减小的趋势。另外,通过分析经典的理论模型,得到了两种气压环境下火焰长度的预测模型；2)还研究了高原低压和平原常压水平环境风作用下火焰的吹熄极限,发现两种环境下吹熄临界风速都先随着燃料喷出速度的增加而逐步增加,到达一个最大值之后又随着燃料喷出速度的增加而减小。同时,发现低氧低压环境(64kPa)下的吹熄临界风速显著低于常压环境(100kPa)(约为1/3)。研究了环境风作用下的火焰吹熄机制,建立了基于Damkohler数、耦合压力影响的扩散射流火焰吹熄极限数学表征模型。最后,通过开展落塔微重力环境下的扩散射流火焰行为实验,观察到微重力条件下扩散射流火焰高度更高,火焰更明亮,碳黑生成更多的现象。同时,还研究了受伴流作用的扩散射流火焰吹熄过程,发现微重力下火焰吹熄临界伴流空气速度要显著大于常重力下的结果。