弱旋流预混燃烧技术凭借极低的污染物排放而受到国内外学者的密切关注,具有广阔的工程应用前景。目前很多关于弱旋流燃烧的研究只面向燃烧技术方案本身,而忽视了燃料/空气预混特性的影响。本文通过数值模拟和试验方法对弱旋流预混燃烧器的预混特性和燃烧性能开展研究。设计了不同的弱旋流燃烧器预混方案,对当量比为0.65的丙烷/空气预混气体进行数值模拟,分析了燃料喷射、旋流器结构和工况参数对掺混的影响机制。结果表明:喷射孔径影响燃料的初始分布,很大程度上决定了在有限距离内可以达到的最终混合效果,在给出的结构方案中,存在最佳当量孔径b=0.0075以及对应的平均动量通量比J=92.6,使预混效果最优,此时燃烧器出口的空间混合不均匀度SMD=9.8%。弱旋流流场由中心直流通量和外环旋流通量共同作用,其中旋流剪切对燃料扩散起主导作用,在保证弱旋流特性的前提下,通过增大孔板阻塞比或旋流叶片几何角的方式能够强化旋流作用,从而提高预混均匀性。当量比对掺混的影响通过射流动量改变来实现,而气流速度对掺混的影响很小。搭建了弱旋流燃烧试验系统,在开放空间和受限空间条件下进行了燃烧器基本性能测试,得到火焰形态、贫熄火极限、污染物排放和出口温度的变化规律。结果表明,在旋流数从0.369增大到0.726的过程中,开放空间燃烧存在3种典型模式,相应的火焰形态依次为“W”形脱体火焰、酒杯形脱体火焰和与强旋流燃烧类似的附着火焰。火焰的贫燃熄火当量比随旋流数的增大而降低,其中第二种燃烧模式依靠弱旋流诱导的发散流场进行稳焰,具有很好的火焰稳定性。在喷嘴出口流速为3m/s,当量比为0.6条件下,测得受限空间燃烧室出口平均温度为1034.9K,出口 NOx小于10ppm,熄火当量比在0.4左右。通过试验研究预混特性对弱旋流燃烧性能的影响。试验结果表明,熄火性能与燃料喷射孔径也相关,在弱旋流燃烧模式下,贫燃熄火当量比随孔径增大而降低,燃料喷射孔径为d=3mm时的贫熄火极限与孔径d=0.5mm相比拓宽了约18%,表明预混特性对弱旋流火焰的稳定性具有较大影响,在工程中应当引起重视,而贫燃熄火当量比随孔径的变化趋势与燃料的不均匀分布规律之间存在一定相关性。