大力开发低浓度煤矿抽采瓦斯这种具有高热值，低污染的新能源，对优化我国能源消费结构，促进环境经济协调发展有着重要的作用和意义。但对于煤矿低浓度瓦斯来说由于其甲烷浓度含量低燃烧释放热值低，用常规的燃烧方式很难将其稳定燃烧高效利用，极大地制约了其利用率。针对这个问题，本文将脉动燃烧技术与煤矿低浓度瓦斯燃烧利用相结合，提出一种新的低浓度瓦斯燃烧利用方法，并从燃烧理论、数值模拟及实验研究三个方面对低浓度瓦斯脉动燃烧特性进行分析研究。理论研究上分析了脉动燃烧基本理论，包括其工作原理、热力学模型及热声耦合机理，结合低浓度煤矿瓦斯燃烧特性，建立了低浓度瓦斯脉动燃烧气柱振荡模型的数学模型并根据瑞利准则，分析了脉动燃烧稳定性机理和驱动机理；建立了低浓度瓦斯脉动着火的数学模型，并探讨了脉动燃烧过程中控制污染物排放的机理。结合低浓度瓦斯气体燃料的性质及实验条件，确定了脉动燃烧器型式为Helmholtz型，根据脉动燃烧器设计原则，设计了额定功率为10kW的低浓度瓦斯脉动燃烧装置，系统主要包括：配气系统、燃烧系统及数据采集测量系统。在数值模拟方面建立了适合低浓度瓦斯脉动燃烧的数学模型、物理模型及求解模型，并通过编制UDF入口控制程序实现了对脉动入口边界条件的自动控制，运用Fluent流场分析软件对瓦斯浓度低于10%的低浓度瓦斯脉动燃烧特性进行了研究，数值模拟结果表明：在一个脉动周期内各流场分布包括压力场、速度场及温度场分布也呈现周期性变化，其变化趋势符合脉动原理；在进气入口夹角为90°时温度场分布最均匀；污染物NOx分布明显低于常规的直接燃烧，并以快速型NOx为主；实验研究：首次自行搭建了低浓度煤矿瓦斯脉动燃烧实验台，对低浓度瓦斯的脉动燃烧特性进行了实验研究。实验结果表明：通过燃烧火焰声音、燃烧室压力及空气自吸现象可以判断是否进入脉动；找出了影响各燃烧指标的主要脉动参数；以及低浓度瓦斯在不同脉动燃烧参数条件下的燃烧污染物排放特性；同时得到了在实验条件下额定负荷为10kW的燃烧功率时，低浓度瓦斯脉动燃烧的脉动频率范围60-110Hz；燃烧最佳参数组合为热负荷8kW、尾管长度2000mm、瓦斯浓度8%；实验结果还表明采用脉动燃烧方法不仅可以扩展低浓度瓦斯的贫燃极限，实现瓦斯在5%浓度下稳定而充分的燃烧，而且污染物的排放也处于一个较低的水平范围之内。论文最后将实验结果与数值模拟结果进行了比较分析，结果表明实验与模拟得到的脉动参数变化对燃烧特性的影响具有相同的变化规律，即尾管长度越长，脉动频率越低；瓦斯浓度越大，燃烧温度越高；燃烧室温度随着热负荷的增加而增加在并在一定热功率时达到最大，证明了数值模拟结果的准确性与燃烧模型的正确性。