环境意识的提高使燃烧过程中污染物排放的减少成为现代工业燃烧设备的主要挑战之一。特别在锅炉,燃气轮机和内燃机这些主要动力发电装置中,对于低排放的政策和产业规范也越来越严格。但是,由于大型油气电站锅炉容积热负荷高、燃烧强度大速率快,氮氧化物排放较高。同时重油复杂特性、复杂湍流和燃烧的相互作用,均使得燃烧流场参数组织与液滴雾化蒸发着火之间的耦合关系难以得到有效优化。国际上对燃烧振动的研究主要集中于燃气轮机和航空发动机等紧凑受限空间内预混燃烧的火焰结构、声场作用以及采用燃烧主动控制方法抑制燃烧振动;对于大型油气燃烧锅炉这样大尺度、非预混燃烧炉膛内燃烧振动研究罕见,特别是大型锅炉采用低氮燃烧系统后的燃烧振动新现象的诊断和控制基本未触及。为了研究非预混火焰在声场激励下的响应,本文搭建了非预混燃烧试验台。为了研究重油锅炉的燃烧热声不稳定及氮氧化物排放情况,模拟和实验分析了炉膛的线性热声特性。为了研究多孔板的吸声特性,搭建了阻抗管试验台,分析了腔室长度和偏流速度对于多孔板吸声特性的影响。首先,研究了燃烧室几何结构改变对于非预混火焰声场响应的影响。在三个不同入口段长度下,研究了火焰热释放率在声场激励下的响应特性。通过声学模拟得到了在不同入口段长度下的燃烧室不同声学模式。通过实验和模拟分析,可以得到在不同入口段长度下火焰的热释放率响应受到不同燃烧室声学模式的影响,包括入口段模式、燃料管模式等。探究了火焰分隔板对于火焰声场响应的影响。分析了不同声场频率对于火焰响应的非线性激励作用。其次,建立了重油锅炉一维热声分析方法,通过分析炉膛不同纬度上的热声线性增长率,得到了模型参数、入口段长度变化和火焰分隔板对于燃烧热声不稳定的影响。结果表明,不稳定模式接近炉子的自然一阶纵向模式。不稳定模式下炉膛呈现对火焰指数和时间延迟的依赖性。在移除六个火焰分隔板后,火焰的时间延迟减少。另外,结合入口长度的减小,炉子在一阶纵向模式附近变得稳定。这些改进应用于实际锅炉中并消除了振动的可能性。通过扩展一维热声分析方法将其应用于沙特延布油气锅炉,预测并分析了入口段长度变化和油枪位置对于线性热声不稳定增长率的影响。再次,分析了火焰分隔板对于重油锅炉炉膛的氮氧化物排放和热声不稳定的影响。当燃烧不稳定发生时,利用三维声学来预测炉膛的压力模式和线性增长率。随着安装的火焰分隔板数量的增加,氮氧化物的排放量减少。模拟和实验结果表明,燃烧器出口处的几何形状变化可以显著降低氮氧化物排放。六个火焰分隔板的存在会影响锅炉的燃烧不稳定性。一维热声分析方法和三维有限元分析与圆柱火焰和具有空间分布时间延迟之间的比较表明,在相同的时间延迟附近都出现了负增长率即稳定区间然后,研究比较了不同腔室长度下,设计在同一吸声频率下的不同多孔板在不同偏流速度下的吸声曲线。实验和理论研究了偏流速度对于双层多孔板的吸声特性。偏流速度不仅极大地影响了双孔板结构在线性状态下的吸声性能,而且还影响了高压振幅引起的非线性效应。两个偏流速度之间的比率极限由0.25-4给出。实验和理论分析结果表明,双孔板法通过调整偏流速度可以实现较宽的衰减范围。利用这种双板装置可以分别调节两个板处的偏流速度,并使阻尼器在以选择性目标吸收频率下工作。最后,通过实验和数值研究了位于燃烧室入口部分的多孔板的阻尼性能。声激励下火焰响应的实验结果表明,在入口处安装多孔板有两个作用:一是声衰减;另一个是压力模式和燃烧器相位的重新分配。此外,结果表明,对于非预混火焰当燃烧不稳定性由入口压力波动引起时,入口声场模态形状的改变更加有效。