目前，为了应对能源紧缺和环境污染等问题，先进的工业用燃气轮机均具备双燃料燃烧能力。双燃料喷嘴是影响装置性能的重要部件之一，由于针对双燃料喷嘴的性能预测和结构设计理论并不完善，因此对双燃料空气雾化喷嘴的雾化预测模型和喷嘴结构进行研究具有重要的意义。本文采用FLUENT软件，首先针对液膜处在双空气环腔中间结构的气动雾化性能进行了系统地研究，分析了流动和结构参数对雾化效果的影响，建立了一种新型的雾化效果预测模型和准确性判据，并从物性角度解释了不稳定液膜波破碎理论。随后在理论分析基础上，设计了三种不同旋流形式的双燃料喷嘴，通过对以裂解气为燃料的设计工况下燃烧流场组织性能进行的对比分析，确定了最佳方案，并且对此旋流方案下喷嘴距和内外环面积比进行了优化。最后针对结构优化后的喷嘴进行了系统地变工况性能分析，包括燃油蒸汽回注、柴油裂解气混烧和裂解气单烧等情况。研究表明，气、液两相物性的不同是造成气动雾化初始过程液膜出现不稳定的主要原因；外环旋流形式的双燃料气动雾化喷嘴在设计工况下的燃烧流场组织效果最佳，并且存在最佳喷嘴距和内外环面积比；优化后的喷嘴在单独燃用裂解气时，在很大的流量范围内均有良好性能；油气混烧场表明，随燃油的增加燃烧区温度升高，火焰后移，但喷嘴总体能够满足双燃料混烧的要求；虽然因内环通流面积小使得其蒸汽回注能力受到限制，但所设计的从中心气路回注蒸汽的简单结构，可以很大程度上解决从油路外围回注蒸汽时，蒸汽阻隔燃油和氧化剂接触而发生熄火的问题。