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清洁高效灭火是火灾研究中的一项基础、重要的研究课题。哈龙1301灭火剂由于破坏地球臭氧层而在地面上被禁止生产和使用,针对扑灭飞机货舱火灾,哈龙1301目前仍然被允许使用,但寻找新型哈龙替代灭火剂以及发展相应的详细反应机理势在必行。本文对若干潜在的哈龙替代物,HFC-125（C2HF5）、Novec-1230(C6F12O)、2-BTP（C3H2F3Br）、HCFC-123(C2HF3C12)以及细水雾（H2O）对碳氢火焰的抑制作用开展了系统的实验和模拟研究。层流火焰传播速度和熄火拉伸率是重要的火焰宏观参数,其与燃料在给定温度、压力、当量比等条件下的化学反应活性、输运特性和燃烧热释放速率等密切相关,因此层流火焰传播速度和熄火拉伸率被广泛的应用于验证化学反应动力学模型,同时也是评价火焰抑制剂灭火性能的重要指标。为实现对层流火焰速度和熄火拉伸率的精确测量,本文发展了一套结合粒子图像测速（PIV）技术的对冲火焰实验装置,并利用该装置开展了广阔当量比和抑制剂添加量范围内的碳氢火焰的传播特性、火焰形态、矢量速度流场以及熄火极限的研究。在层流预混火焰中,利用PIV技术测量二维平面对冲流火焰流场,研究了水雾液滴和平面火焰的相互作用以及矢量速度流场特性。通过提取对冲流场沿滞止流线的轴向速度,获取了对冲火焰的两个重要参数—参考火焰速度和当地拉伸率。采用新发展的计算辅助的非线性外推法获得无拉伸的层流火焰传播速度。在层流扩散火焰中,通过逐渐逼近法测量不同抑制剂添加的甲烷和丙烷火焰的熄灭极限,分析对比了抑制剂在预混和扩散火焰中的抑制性能。在模拟研究方面,本工作构建了一组用于模拟四种哈龙替代灭火剂抑制碳氢火焰的详细化学反应机理,并采用本文的实验数据对其进行了验证,对哈龙替代物抑制碳氢火焰的层流火焰传播速度和熄火极限进行了数值模拟。为了深入分析抑制剂在贫燃和富燃条件下抑制作用差异产生的原因,对与层流火焰传播速度密切相关的链载体自由基浓度最大值和平衡态值展开模拟,并对若干主反应进行敏感性分析。通过对H2O分子抑制作用下合成气/空气预混火焰的传播特性研究发现,低H2/CO比合成气火焰的传播速度随着H2O添加呈非单调变化特征。通过解耦H2O的物理和化学抑制效应发现,在低H2/CO比合成气火焰中H2O的化学效应提高火焰传播速度的作用。新型卤化烃灭火剂的火焰抑制效力对混合可燃气的当量比和抑制剂添加量有着强烈的依赖关系,其中Novec 1230,HFC-125和2-BTP在一定的贫燃条件下观察到增强燃烧行为。低于惰性浓度添加量的Novec 1230在甲烷/空气火焰中的抑制和增强燃烧的临界当量比在0.63<Φ<0.68之间。对于添加HFC-125的甲烷/空气和丙烷/空气预混火焰,在Φ=0.6和添加量Xa=0.02条件下,抑制剂对层流火焰传播速度的抬升最高达20%。在贫燃条件下,2-BTP添加的甲烷/空气火焰传播速度展现出"马鞍形"曲线特征:低添加量时降低,中等添加量缓慢升高,进一步增加添加量则再次降低。在非贫燃条件下,添加哈龙替代抑制剂显著的降低了层流火焰传播速度,在Φ=1.0时,抑制性力强弱排序为:2-BTP>HCFC-123>HFC-125。在甲烷和丙烷扩散火焰中,添加不同抑制剂的火焰抗熄火能力的比较结果表明,抑制剂在扩散火焰中的抑制效力同其在预混火焰中表现相一致。对哈龙替代抑制剂在碳氢火焰中的作用方式研究发现,Novec 1230和HFC-125通过自由基捕获反应来降低反应中的自由基浓度,而2-BTP和HCFC-123则是通过自由基催化重整循环来抑制火焰的反应活性。添加抑制剂导致火焰绝热温度升高表明了抑制剂的燃料性,这是在贫燃低添加量下火焰传播速度抬升的原因。本文的主要创新点和贡献在于:建立了评价新型哈龙替代物灭火性能的先进实验和理论研究平台。研制了一套结合PIV技术的对冲实验系统,开展了碳氢/替代抑制剂混合物的层流火焰传播速度和熄火拉伸率的实验测定,为验证哈龙替代抑制剂反应机理提供了基础实验数据。