发动机中化石燃料的燃烧是导致城市PM2.5污染的主要来源。研究发动机燃烧产生碳烟颗粒的机理对缓解城市空气污染具有极其重要的意义。实际燃料(如汽油、柴油)的化学成分十分复杂,直接研究其碳烟生成机理十分困难。这些燃料在燃烧过程中会裂解成甲烷、乙烷、丙烷、乙烯等小分子的碳氢化合物,碳烟颗粒正是以这些小分子碳氢化合物为起点成长起来的。因此研究小分子碳氢混合燃料火焰中碳烟生成和演化特性对理解大分子燃料燃烧生成碳烟机理有着十分重要的意义。目前BSS(Burner Stabilized Stagnation)火焰结合SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer,扫描电迁移率颗粒粒径谱仪)技术由于其可靠性已被广泛运用到碳烟颗粒的测量之中。本文使用此方法研究了小分子烷烃(甲烷,乙烷,丙烷)掺混对乙烯层流预混火焰中初生碳烟颗粒生成特性(碳烟颗粒粒径分布、数密度和体积分数等)的影响,并结合化学反应动力学的手段分析了烷烃掺混后火焰中产生协同效应的原因。研究发现,本文中所有的掺混火焰与纯乙烯火焰一样其颗粒的粒径分布都具有双峰性。小分子烷烃的掺混大大加强了火焰中碳烟成核作用,使得在火焰下游也能观察到较强的持续成核现象。与此同时,由于大量核模态的碳烟颗粒的存在,掺混火焰的碳烟颗粒的数密度较纯乙烯火焰高。对于甲烷和乙烷的掺混火焰,当掺混率较小时烷烃的加入会促进碳烟颗粒的增长使得火焰中总的碳烟颗粒的体积分数较纯乙烯火焰大,即协同效应出现。当掺混率达到一定值时,碳烟颗粒的增长受到抑制,掺混火焰中总的碳烟颗粒的体积分数较纯乙烯火焰小,即协同效应消失。对于丙烯掺混火焰,协同效应一直存在。经化学反应动力学分析,含奇数碳的中间物质(如CH3和C3H3)对协同效应的产生起着关键作用。对比三种烷烃对协同效应的促进作用,丙烷>甲烷>乙烷。