随着天然气工业的快速发展，燃烧过程中氮氧化物(NOx)的排放问题逐渐开始受人关注。低旋流燃烧器是一种新型的全预混式燃烧器，具有NOx排放量低、燃烧稳定性高等优点。本文以典型的叶片式低旋流燃烧器为研究对象，通过数值模拟的方法研究结构参数和气流入口条件对其流动及燃烧特性的影响规律。
　　建立包含燃烧器和燃烧室在内的整体三维计算网格，选择合适的湍流模型与化学反应机理，验证数值模拟结果可靠性的同时分析了基本的低旋流燃烧特性。通过燃烧器的特有结构，预混气体被分为中心直流和周围旋流两部分，进而形成内部抬升火焰面和周围附着火焰面，且化学反应多发生在火焰面附近，NOx则主要产生于内部抬升火焰面上方的高温回流区。
　　结合单因素分析和响应面分析，研究了燃烧器结构参数对其流动及燃烧特性的影响。结果表明，旋流叶片角度、多孔板小孔直径、混合段长度对燃烧室内速度分布和火焰形状均有较大影响;同时，随着旋流叶片角度自25°增至37°，燃烧室出口NO浓度降低了18.93％;随着多孔板小孔直径自1.8mm增至2.2mm，燃烧室出口NO浓度升高了13.98％;随着混合段长度自10mm增至50mm，燃烧室出口NO浓度升高了8.75％。上述结果基础上进行的响应面分析得到了燃烧室出口NO浓度与各结构参数之间的回归方程，分析了各结构参数对燃烧室出口NO浓度影响的强弱顺序及各参数之间的相互作用规律。
　　采用控制变量法，研究了燃烧室结构参数对低旋流燃烧器流动及燃烧特性的影响。结果表明，燃烧室底板倾角对燃烧室内速度分布和火焰形状有较大影响，而燃烧室直径和高度产生的影响较小。同时，随着燃烧室底板倾角自20°增至60°，燃烧室出口NO浓度降低了35.24％;随着燃烧室直径自120mm增至180mm，燃烧室出口NO浓度先降低后升高，且当燃烧室直径为135mm时出口NO浓度最低;随着燃烧室高度自200mm增至400mm，燃烧室出口NO浓度升高了28.36％。
　　通过稳态数值模拟和非稳态数值模拟，研究了气流入口条件对低旋流燃烧器流动及燃烧特性的影响。结果表明，过剩空气系数对燃烧室内温度分布影响较大，入口速度对燃烧室内速度分布影响较大，通入伴流空气则会明显改变火焰形状。同时，随着过剩空气系数自1.1增至1.5，燃烧室出口NO浓度降低了99.63％;随着入口速度自6m/s增至14m/s，燃烧室出口NO浓度降低了41.87％;随着伴流空气入口速度自0.2m/s增至0.4m/s，燃烧室出口NO浓度先升高后降低，且当伴流空气入口速度为0.25m/s时燃烧室出口NO浓度最高。当入口气流速度不稳定时，低旋流燃烧器仍保持较稳定的燃烧状态，但是角回流区内会发生耦合振荡。