随着全球化石燃料日益枯竭、环境污染日趋严重,各国对节能减排的要求越来越迫切,对新能源与高效环保的燃烧技术的研发变得越来越重视。富氧燃烧技术(O2/CO2循环燃烧)具有燃烧效率高、污染物排放少等优点,已引起学者们的广泛关注,但目前针对该技术的研究多局限于煤的燃烧。而甲烷由于其热值高、燃烧污染小、来源广泛,被认为是最有前景的清洁能源,因此,本文对甲烷的富氧燃烧过程进行数值研究。由于富氧条件下的烟气成分中含有大量的吸收性介质,烟气的辐射特性参数将发生较大的改变,传统的辐射模型在富氧条件下是否适用则有待研究。同时在湍流扩散燃烧中,湍流与辐射耦合作用(TRI)较为明显,因此,在数学模型中必须考虑以上两点。而绝大多数商业CFD软件(如Fluent)都无法考虑非灰辐射及湍流脉动过程。因此,本文采用Fortran语言独立编写了非灰辐射传热模型,及其与湍流耦合的非灰-TRI燃烧模型。为综合考察非灰辐射模型的精度及效率,本文首先建立了基于HITRAN数据库的逐线模型(LBL),以该模型计算结果为基准,考察了干、湿循环下,典型辐射模型在不同成分和温度下的发射率及辐射传热(包括传热量与辐射源项)的计算结果。分析了富氧条件下各模型的适用性及计算速度,进而得到适于非灰-TRI耦合求解的辐射传热模型。在此基础上,本文针对柱坐标系下的轴对称燃烧过程进行建模求解,并采用相关文献的实验及模拟结果与非灰-TRI模型的计算结果(包括浓度场与温度场)进行验证。结果表明,本文所建立的模型正确且精度较高。由此本文以非灰-TRI模型为基准,分别考察了在燃烧过程中忽略辐射和使用Gray、Gray-TRI、WSGG等情况下的计算结果。结果表明,在富氧燃烧中,将气体考虑为灰体,以及忽略湍流脉动的影响将导致较大的误差,从而进一步证明了本文所建的非灰-TRI扩散燃烧模型的必要性。最后,本文采用非灰-TRI扩散燃烧模型考察了不同O2浓度对燃烧及传热过程的影响,得到了温度场及热流场等随O2浓度变化的规律,为甲烷富氧燃烧的工业应用提供指导。另外,本文采用Fortran语言独立编写的非灰-TRI湍流扩散燃烧程序为富氧燃烧的进一步研究奠定了基础。