在工程实际中燃烧装置通常采用旋转湍流技术,利用其产生的中心回流区来稳定燃烧室中的火焰,同时也可促进燃料和氧化剂快速混合,达到提高燃烧效率和减少污染排放的目的。但是旋流流场中存在的涡核破碎、进动涡核等相干结构,会对流场产生非常复杂的影响,需要通过实验测量和数值模拟计算的方法进行深入研究。本文对本课题组自主设计的一个双级轴向旋流燃烧室中的冷态流场特性进行了系统性的研究,该旋流器包括8个叶片,内外旋流器叶片旋向相同,旋流数为0.53。采用OpenFOAM软件对流场进行大涡模拟（LES）计算研究,采用粒子图像测速技术（PIV）对其中的速度场进行测量。将LES结果和PIV结果进行了对比分析,发现两者吻合良好。在保证内外管流动雷诺数相同的情况下,研究了两种工况:1)内管通入CO₂,外管通入空气;2)内管通入空气,外管通CO₂。研究表明工况1中出现了很大的中心回流区,而在工况2中仅在远离旋流器出口位置处出现了比较零散的小回流区。其原因是由于气体密度和粘性的差异性,导致工况2下的内管与外管出流速度之比是工况1下的3.5倍,其周向速度呈现外侧小而中心区域大的分布,总体的旋转动量减小,不利于形成低压区域。在保证内外管组分体积流量相同的情况下,也研究了两种入流工况:3)内管通入空气,外管通CO₂;4)内管通入CO₂,外管通入空气。研究表明工况3中出现了较大的中心回流区,而在工况4中没有出现中心回流区,只在燃烧室两侧出现了很大的外侧回流区,其原因是由于工况4下的内管与外管出流速度之比很大,周向速度不能与轴向速度发生耦合,在燃烧室中不能形成低压区域,进而难以形成中心回流区。通过分析脉动速度以及雷诺应力后得知,在流场上游区域的内外管交界处存在一个强剪切层,而在出现了中心回流区的工况下,在中心回流区与主流之间出现了另一个剪切层,涡破碎主要发生在上游区域。涡旋结构沿轴向和径向发展,但在工况2和4下,由于相对较大的内管速度,其涡旋结构延伸到下游很远处,甚至达到燃烧室出口位置。在四种工况中均没有发现明显的进动涡核现象。通过本文研究结果发现,本课题组设计的双旋流燃烧器具有良好的流场特性,为研究湍流燃烧现象提供了一个良好的实验平台。本研究深入了解了此旋流燃烧室中的冷态流场特性,为下一步湍流燃烧特性的研究打下基础。