能源和环境问题是全球性重大问题，是社会和经济保持可持续发展的关键。随着我国经济的高速发展，对能源的需求量不断显著增加，电力供应日趋紧张，对环境保护的压力也逐渐增大。开发和利用清洁能源，优化城市能源结构，减少SO2、NOx、烟尘以及酸雨的污染，是促进我国以煤炭为主的能源系统实现向环境保护、可持续发展的模式战略转变的重要组成部分，也是当前动力工程和工程热物理学科的主要研究方向之一。　　先进微型燃气轮机技术是21世纪能源动力系统中的核心技术之一，作为燃气轮机大家庭的年轻成员，其有着广泛的应用背景和发展前景，适用于电力、动力、化工、交通和军事等各个邻域。可以肯定，在未来我国电力和动力系统发展中，以微型燃气轮机为核心的动力系统将是一个重要的研发和应用领域。作为微型燃气轮机的核心部件之一，微型燃气轮机燃烧室性能的优劣将直接影响微型燃气轮机的整体性能，因而微型燃气轮机燃烧室燃烧技术本身也必将成为研究和开发的重要方向。　　本文对微型燃气轮机旋流燃烧室内的冷态流场进行了数值模拟和PIV实验研究，同时通过数值模拟研究了Allied Signal75kW微型燃气轮机旋流燃烧室内的冷态和热态流场及其对燃烧性能的影响，分析了燃烧室内的速度分布、温度分布和NOx分布规律。本课题得到了上海市重点学科—“能源岛关键技术及基地建设”项目的资助。　　本文针对微型燃气轮机燃烧室的特点，综合国内外对燃气轮机燃烧室内流场研究的经验和方法，提出了采用计算流体力学(CFD)计算旋流燃烧室内各个流道流量分配的方法。通过对微型燃气轮机旋流燃烧室模型的CFD流量分配计算发现，旋流燃烧室模型旋流器2的旋流角度对流量分配具有很重要的影响，而旋流的方向对流量分配影响较小。　　本文在建立湍流数学模型RNG k-ε模型的基础上，根据微型燃气轮机旋流燃烧室模型的冷态实验台情况设置了边界条件，并采用CFD计算软件对旋流燃烧室内的速度分布规律进行了模拟计算和分析。研究结果表明，环向速度所形成的离心力使气流远离轴中心，因此燃烧室模型轴中心的轴向速度并不为最大值，其最大值远离轴中心，位置由环向速度所形成的离心力和燃烧室壁面的粘滞效应共同确定。　　本文建立了微型燃气轮机旋流燃烧室等温流场实验台，对微型燃气轮机旋流燃烧室内的冷态流场进行了PIV实验研究。由于PIV测量技术要求对圆筒形燃烧室壁面开设平面测量窗口，而该平面测量窗口对旋流燃烧室内的流场结构将产生一定的影响，使其与所研究的流场产生差异，因此需对实验数据进行修正。本文提出了CFD修正PIV实验数据的方法，并对PIV实验结果与数值模拟结果进行了比较分析。　　本文通过对Allied Signal75kW微型燃气轮机旋流燃烧室内冷态流场的数值模拟，分析了微型燃气轮机旋流燃烧室内的流场，并研究了侧壁掺冷空气射流对旋流燃烧室内流场的影响。得到的结论是:在燃烧室前端中心，有一强的中心回流区和一个角回流区。掺冷孔空气射流前，燃烧室内环向速度沿流动方向逐渐衰减，轴向速度峰值向壁面移动，数值减小，环向速度衰减较快;在掺冷孔附近，环向速度局部产生逆流，有助于气流的混合。　　本文对Allied Signal75kW微型燃气轮机旋流燃烧室内的热态流场进行了数值模拟研究。分析了燃烧室内的速度场、温度场和NOx浓度场，获得了以下的规律:热态三维流场与冷态三维流场有一定的相似性，燃烧室内热态三维流场的中心回流区长度小于冷态中心回流区长度，而燃烧室内中心气流负的轴向速度区范围大于冷态时的范围;掺冷空气射流对环向速度分布的影响较小，燃烧室内气流轴向速度远大于相应的冷态流场轴向速度;在靠近燃烧室头部的中心区域，火焰温度高，NOx浓度也高，NOx浓度与火焰温度分布相似，均呈马鞍形;沿着气流的流动方向，燃烧室内气流温度分布趋于平缓;壁面区域温度小于燃烧室中心部位温度，掺冷空气的注入降低了燃烧室内气流的温度，也降低了NOx的排放浓度。