随着世界能源的逐渐枯竭、环境恶化的逐渐加剧、人类对能源的依赖与需求的进一步增大,提高能源的利用效率、减少燃烧排放的要求越来越高。考虑到燃烧依然是人类获取能源的主要方式,就需要从开发高效的燃烧技术与设备、合理组织燃烧过程、加大清洁高效能源在能源消耗中所占比例等方面解决问题。浸没燃烧技术作为一种气液两相直接接触换热新型加热技术,具有热效率高、排放低的优点被广泛应用。本课题在研究过程中针对其燃烧室背压不稳定、换热面积小等方面进行了多种工况下的数值模拟,对浸没管结构优化开展了相关冷态实验。并对可用于浸没燃烧的一种高速稳压燃烧器进行了数值模拟。具体内容如下:(1)对浸没燃烧过程中导致燃烧不稳定的原因进行了理论分析,并提出两种解决办法:(1)对浸没管进行结构优化以降低燃烧室背压波动幅度;(2)将一种燃烧器出口压力在设计范围内波动但燃烧室内燃烧状态保持不变的高速稳压燃烧器应用于浸没燃烧装置中。(2)对多种工况下浸没燃烧过程中的两相流动状态进行了冷态数值模拟与实验研究,得出以下结论:(1)浸没燃烧加热设备的浸没管入口压力(燃烧器背压)是不停波动的,其波动范围随着空气进入量的变化和浸没管浸没深度的变化而变化。(2)浸没燃烧设备在启动瞬间会有极大的背压与背压变化,导致点火困难。可在浸没燃烧设备启动时降低浸没深度、减小燃烧器功率,待设备启动完成后逐步调整浸没管浸没深度与燃烧器的燃烧功率。(3)未增设多孔板时,空气喷出浸没管出口后由于浮力的作用容易直接沿着浸没管外壁上浮,无法充分搅动水浴。(4)随着空气量的加大,由浸没管喷口处冲入被加热液体的空气流量的增大,当其流量达到83.12m3/h时,空气流动的刚性逐渐显现,浸没管入口压力波动幅度将逐渐减小。(5)随着空气流量的逐渐加大、浸没深度的逐渐增加,空气与被加热液体的气液交界面、优质换热面、空气滞留量能够有明显增加,在强化换热方面应有实际意义。(3)对浸没管结构进行了结构优化,于浸没管出口外围处设置了一个多孔板用于在气泡上浮时将其分割成多个小气泡在强化传热传质的同时能够起到稳定燃烧室背压的作用。当浸没深度为300mm、空气流量为69.27m3/h时,数值模拟结果显示:增设多孔板与未增设多孔板可提升气液交界面积约250%,提升优质换热面积约536%,提升滞留空气体积约295%。实验结果表明:增设多孔板可使浸没管压力入口波动幅度降低约51.3%。(4)对一种以拉瓦尔喷嘴的壅塞现象为原理的高速稳压燃烧器进行了数值模拟计算,验证了燃烧器不同出口压力条件下,燃烧室内燃烧状态保持不变。