在微机电系统的发展过程中,其供能部件能量密度低、质量大和续航时间短等短板问题越发突出,限制了电子设备和机械产品的微型化与便携化。而基于碳氢燃料燃烧的微型热光电系统具备能量密度大、体积小、质量轻和供能时间长且稳定等显著优势,是一种应用前景较好的微型动力系统。微型热光电系统的工作原理是利用光电元件将微型燃烧器的高温壁面辐射能量转换成电能,但目前微型热光电系统的能量转换效率偏低。为了提高微型热光电系统的能量转换效率,在微型燃烧器设计过程中,通常需要尽可能提高微型燃烧器的壁面温度水平以及壁面温度均匀性,同时保证燃烧器内燃料稳定燃烧。因此,在微型燃烧器内传热与燃烧竞争机制及协同优化设计是一关键科学问题。本文以应用于微型热光电系统中的微管辐射燃烧器为研究对象,旨在提高微管辐射燃烧器的传热性能及火焰稳定性,通过数值模拟方法对微管辐射燃烧器内耦合传热及火焰稳定性展开研究,主要研究内容包括微管辐射燃烧器内传热特性分析及传热强化、微管辐射燃烧器内旋流火焰稳定性分析、旋流式微管辐射燃烧器传热性能分析等。建立微管辐射燃烧器耦合传热数值模型,针对数值模拟过程中辐射换热计算难度较大的问题,评估灰气体加权和WSGG模型的两种处理方法以及不同的WSGG模型参数对辐射换热计算可靠性的影响,为实际应用选择提供理论依据,同时搭建微尺度燃烧实验台,将数值模拟计算结果与实验数据进行对比,验证数值模型的准确性。从传热的角度出发,厘清微管辐射燃烧器内耦合传热规律,并对燃烧器传热性能进行强化研究。首先对不同尺寸的微管辐射燃烧器内的耦合传热特性进行研究,分析内、外壁面的热流分布情况,并着重考察热辐射作用对火焰结构及壁面温度分布的影响。其次,为提高微管辐射燃烧器的传热性能,设计一种缩放通道结构,分析不同入口速度及固体壁面材料（石英、不锈钢、碳化硅）对缩放通道结构强化传热性能的影响规律,揭示缩放通道结构的强化传热机理。最后,对缩放通道的喉部位置及喉部直径的影响进行分析,获得缩放通道结构参数的影响规律。基于旋流稳燃的概念,设计一种旋流式微管辐射燃烧器,对其内旋流火焰燃烧特性及火焰稳定性展开研究。考察入口速度、当量比以及壁面材料对火焰燃烧特性的影响,揭示旋流式微管辐射燃烧器内火焰锚定机制,发现旋流式微管辐射燃烧器内的角落回流区用于增强预热效果,中心回流区用于锚定火焰,从而提升火焰的稳定性。此外,获得燃烧器在不同旋流器叶片角度下氢气贫燃时的吹熄极限,并揭示不同叶片角度下的火焰锚定与吹熄机制。最后,基于上述旋流式微管辐射燃烧器,从燃烧模式和结构参数两个方面对燃烧器传热性能的影响展开研究。对比分析旋流式微管辐射燃烧器在不同入口流速及当量比下的氢气/空气预混燃烧和非预混燃烧时的辐射壁面热性能差异,为不同入口条件下的预混和非预混燃烧模式的选择提供参考;另外,针对旋流式微管辐射燃烧器内对回流区特征影响较大的结构参数进行分析,获得不同结构参数对燃烧器传热性能的影响规律,提高燃烧器的传热性能。