本文采用双色法、分子动力学模拟、CFD数值计算对催化油浆和柴油的混合油浆非预混火焰中碳烟的形成过程进行了研究。基于双色法实验研究发现敞开环境下非预混燃烧火焰分为焰心部分过氧燃烧区域、内焰贫氧燃烧区域、外焰接触空气的燃烧区域。焰心温度最高、内焰温度最低、外焰温度处于焰心温度和内焰温度之间。焰心和外焰碳烟浓度较小,内焰碳烟浓度较大。增大火焰氧碳比,火焰中碳烟浓度减小。油浆中催化油浆的比重增大,火焰中的碳烟浓度增大。采用LAMMPS软件,基于ReaxFF,以十氢化萘、萘、2-甲基惠、1-乙基芘为催化油浆的模型化合物研究催化油浆形成初始碳烟颗粒的微观过程。研究发现温度600K时模型化合物分子主要是物理聚集成核。温度在900K-1700K时模型化合物分子处于聚集和分离的动态过程。温度大于2100K时主要是化学成核,模型化合物分子碳氢键先断裂,然后碳碳键断裂产生大量短碳链,碳链经成键和环化形成初始碳烟颗粒。2500K时水分子促进模型化合物分子热解形成短碳链和与短碳链反应形成一氧化碳、甲烷等分子。氧分子形成氢氧自由基使模型化合物分子发生氧化脱碳,导致碳原子以小分子形式存在。水分子和氧分子抑制初始碳烟颗粒形成。模拟计算终止时,碳烟颗粒最终形成球体结构。采用CFD数值计算的方法,基于非预混燃烧模型对油浆火焰进行了计算,发现该模型适用于研究油浆与氧气的非预混燃烧的焰心和内焰区域。根据自由基和小分子的摩尔浓度峰值出现位置推导出的燃料热解过程与分子模拟计算得到的燃料热解过程得到的结论一致。根据实验数据推导出适用于CFD计算催化油浆和柴油混合油浆的非预混燃烧火焰中碳烟体积浓度的经验模型。