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整体煤气化联合循环（IGCC）系统中,燃气轮机以中低热值合成气为燃料,相比于合成气中的其他组分,H2的物理扩散速度、化学反应速度和火焰传播速度与其他组分存在显著差异,使得合成气燃烧过程中,易出现优势扩散和逆梯度扩散等现象,而空-燃混合时间的改变以及稀释气体的引入将对合成气的混合以及燃烧特性产生进一步的影响。为此,本文从混合过程角度出发,采用大涡数值模拟与实验相结合的方法研究扩散方式、混合时间以及稀释气体对合成气旋流部分预混燃烧过程的影响。针对合成气燃烧过程的大涡数值模拟（LES,Large Eddy Simulation）,本文通过线性涡燃烧模型（LEM,Linear Eddy Model）,对亚格子尺度下的分子扩散,标量混合以及化学反应过程在各自的时间和空间尺度下直接进行求解,有效捕捉合成气燃烧过程中出现的优势扩散和逆梯度扩散等现象。首先以模型燃烧室为研究对象,采用LES-LEM方法,将未考虑优势扩散以及逆梯度扩散与耦合两种扩散方式之后的大涡数值模拟结果进行比较,分析了优势扩散以及逆梯度扩散对合成气旋流部分预混燃烧过程的影响。在此基础上,设计了三种具有不同预混段长度的单旋流燃烧喷嘴,研究空-燃混合时间在不同氢气组分含量工况下对模型燃烧室内合成气旋流部分预混燃烧过程的流场、温度场、组分场以及燃烧模式的影响,结果显示,当合成气中氢气组分含量较低时,混合时间的增加可有效避免燃烧室内出现氢气局部富集现象,但是当氢气组分含量较高时,混合时间的增加并不能抑制H2和H基的优势扩散,燃烧室内仍然会频繁出现局部高浓度区和高温区,此外,通过实验分析了空-燃混合时间的改变在不同氢气组分含量、不同入口速度以及不同当量比工况下对合成气燃烧稳定性的影响机制。接着,从物理作用和化学作用角度出发,分别讨论了在燃料侧和空气侧引入不同量的CO2和H2O等稀释气体后对合成气旋流部分预混燃烧过程的影响,结果显示,将CO2作为稀释气体引入燃料通道,在降低燃烧温度方面,效果更为显著。在对模型燃烧室分析的基础上,本文针对IGCC系统中实际应用的燃气轮机燃烧室,进行了大涡数值模拟计算,详细分析了混合时间以及稀释气体对以合成气为燃料的实际燃气轮机旋流部分预混燃烧过程的影响规律。本文所得研究结论可以为燃气轮机燃烧室的前期设计和后期运行优化提供重要参考。