随着当前经济的发展,能源开采力度加剧,人类感受社会便利的同时也面临着能源利用所导致的污染问题。因此,统筹一个合理的能源布局结构,及研发先进的能源利用设备对社会进步具有重要意义。天然气作为一种被世界公认的清洁燃料,在平衡能源结构,促进环境质量改善,调节电力负荷等方面做出了突出贡献。针对当前燃气轮机新兴的烟气再循环技术和二次燃烧技术,其关键技术点在于火焰筒内部的燃烧性能优劣,燃料的燃烧及排放情况对机组的整体性能影响异常重要。因天然气燃烧后含有大量的CO2,势必会对CH4二次燃烧的着火、稳燃等特性波动较大,因此研究CH4在空气与CO2混合氛围中的燃烧状况具有重大意义。本文通过数值模拟方法研究了不同质量分数CO2与新空气掺混后送入燃烧室与CH4的燃烧特性,其具体内容如下:首先,基于某燃烧试验台,采用Pro/E软件建立其几何模型,并且利用ICEM软件对燃烧室进行非结构化及结构化网格划分。通过对比不同网格数下火焰流场特性,选择网格数为114万,然后对各计算模型进行合理性分析,确定最终的计算模型。然后,通过保持燃烧室进口燃料质量流量、进口压力等参数不变,分析CO2掺混率不同时燃烧室温度分布、速度分布、燃料燃尽情况及污染物NOx的排放等特性,找出该模型对应的最佳CO2掺混率。结果表明:提高CO2掺混率,燃烧室高温区面积减少,最高温度降低,同一轴向位置的温度梯度逐渐趋于平缓,燃烧室出口的平均温度也逐渐下降;提高CO2掺混率,燃烧室回流区面积减小,不同径向截面处的轴向速度峰谷差降低,烟气平均轴向速度逐渐下降;提高CO2掺混率,CH4在燃烧室完全燃烧所产生的NOx质量分数降低,可有效抑制污染物NOx排放。综合分析空气掺混CO2后与CH4完全燃烧的温度场、速度场及污染物NOx排放,认为该燃烧室模型对应的一个较为合适的CO2掺混率为10%。最后,针对该CO2掺混率,研究燃烧室运行压力对CH4燃烧性能的影响,主要分析燃烧室分别在0.5MPa、0.55MPa、0.65MPa和0.7MPa四种运行压力下,内部温度场、速度场及NOx排放等性能的变化。结果表明:提高燃烧室运行压力,其纵向截面温度的峰谷差会有所下降,出口的平均温度会略微有所降低,整体燃烧室温度分布趋于均匀;提高燃烧室运行压力,轴向速度峰值会有所降低,同一位置轴向速度峰谷差趋于下降,回流区面积显著降低,有利于燃烧室烟气流动更为均匀。提高燃烧室运行压力,燃烧室中NOx的生成速率也在逐渐增大,出口 NOx平均质量分数和平均密度也逐渐上升。