低污染燃烧是未来先进航空燃气轮机燃烧室的发展趋势。贫油的燃油-空气预混预蒸发LPP(Lean Premixed Pre-evaporation)是LPP低污染燃烧的技术关键和必然要求。近年来,LPP燃烧技术已引起了国内外研究工作者和研究机构的广泛关注,现已进入试验应用阶段。本文针对预混预蒸发燃烧室的关键问题,即如何解决燃油-空气在形成可燃混合物过程中易引发燃料的自燃和回火进行了分析和CFD数值研究。认为必须使燃油-空气的LPP过程形成可燃混合物的时间小于燃油点火延迟时间。而采用燃油-空气交叉射流是实现高效的LPP过程的有效方式,当前的研究多以试验研究为主。本文针对有限空间内燃油-空气交叉射流的预混合过程和规律进行了CFD数值研究。在此基础上,结合他人的试验研究,设计了快速高效的LPP模型喷嘴。对其性能进行了预测,并对其在模型燃烧室内的预混燃烧效果进行了评估,使本文的研究结果具有工程应用价值。结合试验研究,用欧拉-欧拉两相流模型结合UDF,对浓相燃油单孔射流与高速空气射流的交叉混合过程进行了CFD数值模拟,得到了与试验结果相符合的结论。通过对射流动力学和射流穿透深度的规律研究,找到了影响射流的穿透深度和射流沿气流流动方向弯曲和肾涡形成的主要因素。系统地数值分析了肾涡随着内旋的逐渐增强导致表面断裂并破碎形成液滴的雾化机理和影响雾化效果的主要影响因素。在此基础上,本文设计了具有不同内部结构的快速混合喷嘴,并对停留蒸发时间、混合传热和总压损失等性能进行了数值仿真。从而得到了综合性能最佳的喷嘴内部组合结构设计。为验证本高速喷嘴的燃烧性能,参考他人的燃烧室试验,设计了多点直流喷射的LPP燃烧室,采用燃油蒸发混合气燃烧的多步反应机理,数值分析了高速喷嘴的燃烧特性。得到了LPP预混合燃烧的高效低NOx燃烧性能。