变工况运行对于配置在冷热电联供系统中的微型燃气轮机(Micro-Gas Turbine,MGT)来说是一种常见的运行方式,其目的是用来满足不同的大气环境、冷热电负荷输出及配比等系统要求。然而在变工况运行时,MGT燃烧室将面临污染物排放增多、燃烧效率(η)下降、贫燃吹熄等问题。目前,传统的MGT燃烧室在面对这些变工况运行问题时的调节措施较少。虽然重型燃气轮机普遍采用了压气机进口可调导叶以及燃烧室多燃料喷嘴装置,以分别实现变工况运行时燃烧室进口空气流量的调节和燃烧模态的切换,但是MGT受其预算设计成本和结构尺寸、重量等因素的限制,致使MGT还不具备相对成熟的技术条件来装置复杂的调节设备。针对上述MGT燃烧室所面临的变工况运行问题,本文从主动改变燃烧室燃料空间预混分布的角度出发,提出了一款具有可调燃料供给(Adjustable Fuel Feeding,AFF)方法的MGT燃烧室。区别于传统的MGT燃烧室,AFF燃烧室配备了1个主燃料分配装置。通过这个装置,AFF燃烧室以增加2个控制系统参数为代价,可以实现不同的主燃料管工作组之间的切换,进而完成了燃料预混在圆周方向和径向方向上的分级调节,并最终实现了AFF。在每个主燃料管工作组中,处于开启状态的主燃料管均具有不同的对称分布特性。基于这个分布特性,本文提出了一个AFF方法特征值(U)以用来表征处于不同的主燃料管工作组中的AFF方法。在本文所研究的4种主燃料管工作组中,处于开启状态的主燃料管数量分别为4、6、8和12根,其所对应的U值分别为0.133、0.333、0.429和1。据此,本文还提出了AFF方法在实际工程应用中的控制逻辑关系。为了研究工况运行条件和燃料预混特性对AFF燃烧室变工况特性的影响,本文首先对AFF燃烧室样机在过贫当量比(φ)条件下的点火工况燃烧特性进行了常压模化实验研究。实验结果发现,虽然在较大的值班燃料比时,AFF燃烧室样机可以在更宽的φ变化区间内点火成功,并在更低的φ条件下实现燃气轮机快速启动的最低温升要求,但此时污染物排放较多,η略有降低。因此,针对MGT启动过程,在满足快速启动的最低温升条件下,应适当增加φ以提高η和控制污染物排放。其次,本文通过AFF燃烧室样机所隶属于的MGT,完成了AFF燃烧室在起动机驱动过程中的变工况动态特性实验研究。实验结果表明,对于预防MGT机组超温,应首要关注AFF燃烧室的φ及其变化趋势。在本文所研究的MGT运行工况和AFF燃烧室无量纲结构尺寸条件下,修正了更适合MGT启动条件下间接判断燃烧室点火成功的最小出口平均温升为40 K,验证了AFF燃烧室设计流阻系数为35可以满足燃烧室设计要求。最后,在通过热态实验验证本文所采用的数值计算方法适用性良好的基础上,本文分别对AFF燃烧室在其进口空气温度(T3)、进口空气总压(P3)和φ单工况变化时以及T3和φ双工况变化时的变工况静态特性展开了数值研究。数值研究结果表明,由于主燃料在一次风通道和一次风旋流器叶片腔中与一次风的预混受到处于开启状态的主燃料管的燃料质量流量和喷射速度之间的耦合影响,导致了NO排放量在φ单工况变化以及T3和φ同时变化时均随着U值变化而呈现出不同的变化趋势。CO排放量只在T3单工况变化降低至600 K时受AFF方法影响较大。在其它工况条件下,CO和CH4排放量均非常小,受AFF方法的影响较小,并导致了η接近100%。AFF燃烧室流场主要有三个回流区,流场分布规律、出口温度分布和总压损失受AFF方法影响较小,但出口温度分布系数(Outlet Temperature Distribution Factor,OTDF)随着U值的增加而增大。根据NO排放量和OTDF的波动趋势,本文提出了AFF燃烧室变工况运行最佳U值的选择方法,并确定了在相应工况条件下的最佳U值。