化石燃料燃烧提供能源动力的同时,其燃烧产物包含着大量有害物质,严重破坏自然环境,影响经济发展,成为当今社会不容忽视的焦点问题。天然气因其丰富的储量、广泛适用性及环保低碳的属性逐渐得到全球的普遍重视,成为增长最快的主要能源之一。本文通过简化物理几何模型,基于FLUENT软件平台,对扩散燃烧、全预混燃烧、空气部分预混燃烧及富氧预混/燃料分级燃烧四种燃烧过程进行了数值模拟,分析氧浓度、整体当量比和燃料分级比例对甲烷-富氧燃烧过程中的火焰结构、反应机理及污染物排放的影响。研究发现,富氧预混/燃料分级燃烧过程通过调制燃料/氧化剂空间浓度分布,可有效提高燃烧效率的同时,改善污染物的排放特性。本文针对总体当量比Φ=0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2,燃料分级比例为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8以及富氧空气氧浓度0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95等工况进行了比较分析,获得的最佳工况范围是:总体当量比为0.9,燃料分级比例为0.4时,NO与CO的排放量较低;氧浓度对NO生成影响最为明显,燃烧室出口处NO质量浓度随着氧浓度的增大而增加,在氧浓度为60%时出现最大值,之后随着氧浓度的增大而减小。其中热力型NO排放量占较大比例,当氧浓度大于40%时,热力型NO占总NO生成量的99%以上。