无焰燃烧因同时具备高效和低排的特点被誉为二十一世纪最有前景的燃烧技术之一,然而最常规实现无焰燃烧的方法通常需要高预热温度与高速射流相配合,这无疑限制了此技术在更广阔领域的发展。通过国内外学者的研究发现,高预热温度并不是实现无焰燃烧的必要条件,而通过高速射流达到高烟气内部循环率值却是无法缺少的,但此方式提高值本质上是增强射流的卷吸能力从而增大回流烟气质量。因此通过构建良好的炉内流场提升烟气回流效果从而提高值也至关重要,其中,炉膛结构可较大程度的影响炉内流场。然而大部分有关结构的研究皆基于喷嘴方面,对炉膛本体的研究较少,因此本文着重研究炉膛本体结构对无焰燃烧特性的影响。本文以国际燃烧协会（IFRF）实现无焰燃烧的某试验炉为基础研究对象,首先,采用数值模拟的方式,通过改变炉膛入口侧壁面与炉顶/底部壁面之间的夹角,研究了炉膛角度的变化对天然气无焰燃烧在流场、温度场、NO排放三个方面的影响。研究发现:在整体炉膛容积不变情况下增大炉膛角度可以增强炉内高温烟气的回流效果,增大高温区域面积的同时抑制峰值温度,降低热力型NO的生成速率。其次,引用撞击流概念,采用对置喷嘴形式,设计了一种与传统单侧进出口不同的撞击流炉膛结构。采用数值模拟的方式确定了撞击流炉膛结构的烟气出口和角度,同样从上述三个方面分别分析了撞击流炉膛结构对天然气无焰燃烧特性的影响,研究发现:撞击流结构在同等边界条件下有相比原始炉膛结构更高的整体温度和更好的烟气回流效果,这对维持无焰燃烧的稳定性是有利的。最后,在撞击流结构的基础上,通过二次回归正交试验的方法优化了氧化剂预热温度、氧化剂入射速度以及燃气入射速度三参数。研究发现:在回归试验中,预热温度1073K、氧化剂入射速度45m/s、燃气入射速度80m/s时效果最好。与优化前的结构相比,氧化剂预热温度降低了31.78%,入射速度下降了47.06%,燃气入射速度下降了20%,但炉膛峰值温度降低了83.166K,平均温度上升了64.072K以及NO排放量下降了0.75ppm。这说明采用撞击流结构可降低无焰燃烧对高初始条件的要求的同时还能保证较高的传热效率。在优化参数的基础上研究了壁面温度对撞击结构无焰燃烧稳定性的影响,发现在高氧化剂预热温度下,低壁温并不影响其燃烧稳定性,还可增强烟气与壁面间的传热量。当预热温度小幅度降低时,可以升高壁温维持无焰燃烧状态,但当预热温度持续下降时,即使非常高的壁温也不能维持稳定的无焰燃烧,需通过其他方式达到无焰燃烧状态。