发展低NOx排放的燃气轮机技术,常常遇到燃烧不稳定问题。在新型的燃烧技术如值班火焰稳燃、环形燃烧室当中,多个火焰与复杂的声场耦合,形成多输入的燃烧系统,对燃烧的稳定性形成挑战。本文针对这样的多输入预混火焰系统,综合运用了实验研究、理论建模和数值分析等方法,系统性研究了多火焰动力学过程和燃烧室热声不稳定模态特征,可以为发展稳定清洁的燃烧技术提供支持。在多火焰动力学特性方面,本文针对值班火焰稳燃的主火焰以及非对称的二维本生灯火焰,开展了火焰动力学相互作用的理论建模和实验研究。在燃烧室热声不稳定模态特征方面,本文选用与实际应用相关联的燃气轮机燃烧室,开展了详细的理论建模,分析了多种非对称性因素对燃烧室热声不稳定模态的影响。本文研究了主火焰单路扰动、值班火焰单路扰动和主火焰/值班火焰双路扰动三种情况下火焰的动力学过程。通过主火焰/值班火焰的动力学相互作用模型,可以显著观察到二者的动力学相互作用。而实验研究发现,主火焰受到扰动时,值班火焰的存在将使得火焰在相对高频的扰动下具有更强的动力学响应;在值班火焰单独扰动时,会对主火焰产生间接的扰动;在主火焰和值班火焰同时扰动时,双路扰动的相位差对火焰传递函数具有显著的影响。研究中建立的模型能够在一定范围内描述火焰的动力学过程。本文对非对称的二维本生灯火焰在轴向/横向二维扰动下的火焰动力学过程进行了建模分析和实验测量。模型指出,在火焰处于对称状态时,火焰对横向扰动的响应为零,而火焰处于非对称状态时,火焰对横向扰动的响应具有频率带通效应。而在双路扰动下,线性范围内火焰对两路扰动的共同响应等于轴向/横向分别扰动时的火焰传递函数之和。实验测得的火焰动力学过程和火焰传递函数能够印证理论模型预测的主要结论。本文将火焰对轴向、横向扰动的响应应用于线性热声网路模型,建立了分析热声不稳定周向模态的模型,并分析了横向平均流动、轴向火焰响应的非对称分布以及火焰横向响应对环形燃烧室内热声不稳定模态特征的影响。模型指出,环形燃烧室内考虑火焰横向响应,将使得热声不稳定模态趋向于旋转模态。模型的结论得到了三维有限元亥姆霍兹方程求解器的验证。