针对燃气轮机燃烧技术的研究一直是燃烧领域的热点问题之一。燃烧化学反应是一个非常复杂的过程,在反应发生时会产生许多中间产物如活性自由基、不同状态原子和离子等,这些中间产物与点火延迟时间、火焰发展、火焰结构、燃烧稳定性以及污染物的产生等都有着密切的联系,这种相互作用对燃烧过程具有重要的影响,然而对于这一相互作用的机理还未完全清晰。因此,本文基于OpenFOAM开源计算平台,开展了同轴射流燃烧室内甲烷湍流扩散燃烧的数值模拟研究。首先,本文采用LES方法研究了简化的同轴射流燃烧室内甲烷湍流扩散燃烧的过程,选用Smagorinsky湍流模型捕捉甲烷湍流燃烧过程的流动情况,选用PaSR燃烧模型模拟甲烷在燃烧室内和空气的燃烧情况。通过对甲烷在同轴射流燃烧室内湍流燃烧的过程进行数值模拟研究,并且将数值模拟结果与实验数据进行对比分析,发现模拟值与实验值吻合较好。验证了本文求解器的正确性和选用数学模型的准确性。其次,采用甲烷单步反应机理对燃烧室内甲烷湍流扩散火焰的燃烧特性进行了研究,着重研究了初始压力和入口速度对燃烧过程的影响,以及各组分的浓度分布特性。结果表明入口速度相同时,初始压力从1atm增大到2atm,旋涡数量增多,温度峰值也增大。当初始压力为1atm时,研究了甲烷速度和空气速度变化对燃烧过程的影响,结果表明甲烷流速为1m/s,空气流速为20m/s情况下燃料和空气的混合更好,燃烧稳定性更好;CO₂和H₂O的浓度在出口截面的变化趋势相似,都是在y/R=0.8减少最快,在y/R=0.9减少到最小。最后,采用甲烷详细反应机理GRI3.0对燃烧室内甲烷湍流扩散火焰进行了详细的数值模拟研究,着重研究了不同初始压力和入口速度对点火延迟时间以及浓度分布的影响,并且对比分析了单步反应机理和详细反应机理的计算结果。结果表明初始压力从1atm增加到2atm时,点火延迟时间从0.0017s增加到0.0018s;同时也考察了空气和燃料速度对点火延迟时间的影响,发现燃料速度变化对点火延迟时间的影响更加明显。由于单步反应机理没有考虑中间产物生成时的吸热,结果表明其模拟的温度峰值比详细反应机理高约200K。出口截面径向甲烷浓度在y/R=0.8减少为零,O₂浓度在y/R=0.75沿着径向逐渐增加,说明y/R=0.75⁰.8之间是反应区。H₂O的浓度分布情况与温度场分布基本一致,在高温区域,H₂O的浓度达到最高,在燃烧室下游分布较多。NO_X主要分布在火焰面附近,因为反应区温度最高,有利于NO_X的形成。