驻涡燃烧室因其结构简单、燃烧稳定性好、污染物排放低、低贫油熄火性能和高空再点火性能优异以及高燃烧效率工作范围宽广成为目前燃烧室研究的一个热门方向。本文以涡轴发动机直流燃烧室为背景,采用试验研究与数值模拟相结合的方法进行深入研究,设计了一种直流驻涡燃烧室方案,数值模拟结果表明该燃烧室燃烧效率高、出口温度分布较为合理。首先,本文参照相关文献与设计要求确定了驻涡燃烧室的整体方案。在整体方案的基础上针对扩压器部分以及火焰筒头部以及凹腔进行设计。针对大径向高度差燃烧室进口采用一种分流式扩压器以减小分离并得到合适的流量分配。同时设计了一种蒸发管式火焰筒头部,集成了油气掺混、均布油气、联焰以及控制阻塞比的功能,配合凹腔稳焰效果,简化了火焰筒头部构型。凹腔的高度取长度的1.1倍,而火焰筒的总长取凹腔长度的5倍。通过数值计算,得到凹腔前壁面射流孔位置越靠近凹腔底面则凹腔中主涡越大。其次,基于数值模拟结果进一步研究凹腔开孔方案,采用PIV测量其内部复杂流场。控制凹腔射流孔总面积,通过改变前、后壁面开孔比例以及后壁面孔位置来研究凹腔中涡团分布的情况。得到凹腔前、后壁面射流孔面积比例1.7:1,后壁面射流孔至凹腔底面距离为凹腔高度的43.6%时,主涡团较大,主涡与主流有较大过渡区,对凹腔稳定燃烧最为有利。再次,针对数值模拟中温度较高的凹腔壁面开展复合壁面冷却试验。采用两种复合冷却方案进行研究。其一,发散孔方向与涡团流向一致,其二,发散孔方向与涡团方向相反。得到小吹风比下,凹腔底面逆向排布冷却效果更好,而大吹风比下,凹腔底面顺向排布冷却效果更好;凹腔前壁面则在相同吹风比下顺排明显优于逆排。同时将吹风比从0.5提升至1,顺向排布冷却效率相对逆向排布提升明显。最后,依据上述研究结果对燃烧室方案开展了进一步的改进设计,得到燃烧效率99.52%、出口温度分布系数0.30,火焰筒壁面低于1200k的驻涡燃烧室设计方案。