本文以应用于超声速燃烧室的凹腔上游喷注气体燃料的贫燃燃烧为研究对象,采用数值仿真和实验相结合的手段,研究了超声速气流中凹腔稳定火焰的贫燃近吹熄特性和火焰吹熄的动态过程。通过实验和仿真的方法分析了不同喷注方案下的凹腔稳定火焰的贫燃特性。仿真结果表明:相同喷注压力下,多孔喷注构型的燃料展向分布更均匀,燃料射流更加贴近凹腔,更多的燃料能够进入凹腔回流区;燃烧流场中,多孔喷注工况的凹腔回流区温度更高,高温区域分布范围更广。试验结果表明:多孔喷注工况的贫燃极限明显低于单孔喷注工况,多孔喷注的火焰结构比较稳定,火焰基底振荡微弱,火焰稳定性较好;单孔喷注工况的火焰结构变化剧烈,火焰基底振荡强烈,火焰的稳定性较差,在贫燃极限附近,凹腔稳定火焰的燃烧状态较复杂。通过实验手段研究了来流总温、燃料类型和凹腔尺寸对凹腔稳定火焰近吹熄特性的影响。研究发现:在本文来流总温变化范围内,燃料喷注压力较高时,高总温下凹腔稳定火焰燃烧稳定性更好,火焰结构更稳定;随着燃料喷注压力的降低,来流总温对火焰结构和燃烧流场的影响减小,在接近吹熄的当量比下,来流总温对火焰结构和燃烧流场几乎没有影响。相同喷注压力或者相同当量比下,与乙烯燃烧相比,氢气燃烧的火焰稳定性更好,燃烧强度更大,但是氢气燃烧辐射的可见光光强较弱。凹腔尺寸越大,凹腔内火焰距离凹腔前缘的距离越远,越靠近凹腔后缘分布。通过可见光高速成像相机观测了火焰吹熄的动态过程,并且分析了凹腔尺寸和来流总温对吹熄过程的影响。研究发现:火焰吹熄过程可以划分为5个阶段:剪切层火焰变弱,凹腔后缘附近局部熄火,火焰收缩进入凹腔后半部分,火焰向凹腔前缘移动,火焰完全熄灭。凹腔尺寸对贫燃极限喷注压力的影响呈现非线性,来流总温对贫燃极限喷注压力几乎没有影响。凹腔尺寸越大,火焰吹熄发生时,火焰在凹腔内的停留时间越长,遵循τrf=0.186D-1.916(12mm≤D≤20mm)的规律;在本文来流总温变化范围内,不同总温对火焰的吹熄过程没有明显影响。