部分预混燃烧形式由于其较为清洁稳定而在实际燃烧装置中被广泛应用。随着当量比的增加,火焰中气相多环芳烃会逐渐向固相碳烟颗粒转变,从而出现碳烟初生。而火焰中的局部碳氧比是碳烟初生的一个重要参数,另外,在碳烟初生区域通常存在激发态自由基产生的化学发光,因此对火焰中局部碳氧比和相关自由基开展研究对理解和控制碳烟的生成具有重要意义。本文以乙烯部分预混火焰为研究对象,对火焰中的激发态自由基和局部碳氧比进行了模拟及实验检测研究。具体内容如下:首先,基于USC-Mech II气相反应机理并结合CH*生成及淬灭反应,采用半经验碳烟模型进行数值模拟。模拟分析了不同当量比下自由基CH*的分布及其与火焰结构的关系,并进一步研究了碳氧比和温度分布对碳烟生成的影响。结果表明:CH*主要分布在内外火焰面上,是反应放热的表征;内焰面下游为碳烟前驱物及碳烟富集区域;外焰面为氧化物质聚集区域。当量比增加,CH*峰值浓度降低,温度降低,碳烟浓度升高。碳氧比沿火焰轴向先升高再降低,其峰值出现在碳烟初生位置,此处的温度相对较低。外焰面上温度较高,碳氧比较低,氧化性较强,不利于碳烟生成。其次,采用高光谱成像结合Abel逆变换算法,对火焰中自由基CH*和C2*进行了检测及重建,并结合模拟结果展开分析。结果表明:在内焰面上,自由基强度沿火焰高度降低。当量比增加,内焰面高度增加,CH*和C2*强度降低,而外焰面上的强度变化不明显,中间燃烧区碳烟辐射强度升高。CH*模拟结果与重建结果吻合较好,在内焰面上CH*可以由C2H被O或O2氧化生成,而在外焰面上C2H则只有被O原子氧化。C2H2同时是自由基和碳烟生成的中间产物,当量比增加,预混气中氧含量减少,导致C2H2氧化生成CH*和C2*的反应被抑制,同时促进了碳烟的生成。最后,采用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）,对乙烯部分预混火焰中的局部碳氧比进行了检测,研究了不同当量比下沿火焰轴向高度的碳氧原子比的分布情况,并与模拟结果进行了对比。结果表明:检测的谱线强度比与碳氧原子比成线性关系,碳原子沿火焰轴向降低,氧原子沿轴向先降低后升高,碳氧比沿火焰轴向降低,检测结果的变化趋势与模拟结果较为吻合。