多旋流稀态预混燃烧技术有可能成为中低热值合成气干低污染燃烧的最佳技术方案，但是，需要解决富氢合成气燃料预混燃烧中的热声振荡、回火和燃料灵活性等关键问题。研究的技术路线是首先从中低热值单旋流扩散燃烧室扩展到多旋流扩散燃烧室，通过中压试验比较初步掌握多旋流燃烧特性。然后研究了合成气单旋流预混燃烧两种燃烧不稳定性-回火与热声振荡的关联。最后将其扩展到多旋流预混燃烧，试验比较了不同组分模拟合成气在三种多旋流模型燃烧室中进行预混燃烧的不稳定燃烧特性。本文首先对燃料灵活性、燃烧稳定性、回火和多喷嘴燃烧技术的研究作了简单的回顾。然后总结了燃烧室中热声振荡的相关判据和驱动和阻尼机理以及理论和模型分析方法。并阐述了本文的实验研究应用的动态压力和动态化学发光强度等动态数据的时域和频域分析方法。在全尺寸燃气轮机燃烧室中压试验台上进行的多旋流合成气扩散燃烧的实验研究，并与相应的单旋流燃烧室的现场测试和中压实验台测试的扩散燃烧特性进行了分析比较。不管是单喷嘴还是多喷嘴燃烧室，在本文的各种测试工况下，燃烧过程都很稳定，没有产生强烈的热声振荡。综合比较温度分布、动态压力特性、排放特性和燃料组分变化范围，多喷嘴燃烧室和单喷嘴燃烧室都具有很好的燃料灵活性，而多喷嘴燃烧室的燃料灵活性更好一些。对各种不同组分模拟合成气在四种单旋流模型燃烧室中进行了预混燃烧实验研究。实验中观察到部分回火和完全回火现象，而完全回火过程具有带迟滞效应的亚临界分叉特性。表征动态热释放的动态化学发光强度在幅频特性上和表征热声振荡的动态压力有很好的对应关系，都能用于研究燃烧室的动态特性和回火特性。在模拟合成气热值相同的条件下，临界回火当量比随氢含量单调下降。同时热声振荡促进了回火的发生，并破坏了临界射流速度和火焰传播速度的peclet数线形对应关系，使回火临界点产生不确定性。最后对各种不同组分模拟合成气在三种多旋流模型燃烧室中进行预混燃烧实验研究。对于七旋流的同向和反向旋流燃烧室，在当量比变化和总流量变化的测试过程中都产生强烈的热声振荡，热声振荡的起振、饱和和消振过程基本相似。随着氢气含量的减少，起振临界当量比变大，热声振荡的最大振幅变大。多旋流合成气预混燃烧热声振荡的起振过程是一种非线性分义过程。通过动态压力的相空间重构相图分析了热声振荡的极限环特性，认识到热声振荡的起振和振幅大小不仅仅是取决于静态的系统参数，还和系统参数的变化率紧密相关。通过小波变换对动态压力进行连续功率谱分析，观察到热声振荡的起振先兆——小幅度间歇性的压力振荡、热声振荡发展过程中振荡幅值存在间歇性的高低变化和回火啸声的间歇性的振荡。小波变换与AR模型功率谱分析结合起来可以对动态压力频率—功率特性分析在时域和频域都取得很高的分辨率，可以帮助更加深入的了解突变过程的动态特性。通过peclet数模型的比较，可以看到与单旋流燃烧室相比，多喷嘴燃烧室回火稳定性明显改善。考虑了回火、熄火、热声振荡和污染物排放等指标后，高氢燃料的当量比—预混气体总流量的安全运行区域比较窄，可以通过氮气或者水蒸气稀释降低燃料中氢气含量到50%以下，在降低NOx排放同时获得更大的燃料灵活性。总之，本文通过实验研究了富氢合成气燃料多旋流稀态预混燃烧的热声振荡、回火和燃料灵活性等特性，为进一步的实验研究、理论和模型分析以及数值模拟工作奠定了基础，从而为富氢燃料干低污染燃气轮机的设计改造提供技术支持。