家用燃气灶按燃烧系统及方式主要分为两大类,大气式燃气灶和红外式燃气灶。其中,大气式燃气灶较红外式燃气灶热负荷高,负荷比易于调节,满足国人的烹饪习惯而占据着主要市场份额;但是红外式燃气灶的热效率较高,污染物排放量低,满足日趋严苛的节能环保要求,因而开发一款既满足国人烹饪习惯又符合节能环保要求的新型燃气灶迫在眉睫。为设计一款能结合大气式和红外式燃气灶优点的新型灶用燃烧器,本研究首先基于响应面法,通过实验和数值模拟相结合,对一款大气式灶用燃烧器进行结构参数优化研究,确定关键影响因素。研究结果显示锅支架高度和内燃烧器高度对大气式燃气灶的热效率和CO排放量具有协同影响作用。锅支架高度和内燃烧器高度存在最优范围。分析响应曲面后得到该款燃烧器最优锅支架高度相较于原型机增加7.5mm,内燃烧器高度增加6mm,热效率可提升约2%,且CO排放量符合国家标准。进而,本研究针对具有半封闭式结构的大气式灶用燃烧器进行了深入研究。研究表明,半封闭式结构不仅能减少热损失,还能增强辐射换热,因而对提高燃烧器的热效率大有益处。为进一步阐明该结构的辐射换热特性,基于数值模拟方法,分别研究了辐射面发射率(被动式辐射换热)和温度(主动式辐射换热)参数对燃烧器辐射换热的影响。对比分析发现,提高辐射面温度能够显著提高辐射换热量所占的比例,因而将半封闭式结构和多孔介质辐射有机结合起来,实现主动式辐射换热,将对提高燃气灶的热效率大有益处。最后,基于上述研究结果,设计了一款新型的大气/红外耦合式燃烧器,并基于响应曲面法研究了锅支架高度和内燃烧器高度对耦合式燃烧器的热效率和CO排放量的影响,并对其结构参数进行了优化,最终获得热效率提升约6%,CO排放量符合国家标准的新型灶用燃烧器设计。