随着环保意识的增强,发展清洁高效的燃气轮机技术引起了全世界的广泛关注,以降低NOx排放为目的的低污染燃烧技术得到了广泛发展。贫燃预混燃烧是最有前景的低污染燃烧技术,但由于其在接近贫燃熄火极限附近燃烧,非常容易产生热声振荡问题,这会导致燃烧质量下降,燃烧过程会变得非常不稳定,甚至出现回火及局部熄火,极大降低燃气轮机的使用寿命。本文采用计算流体力学的方法对贫预混旋流燃烧过程中的流动与燃烧问题进行了数值模拟研究,主要研究内容及结论如下：(1)在流体力学和化学反应动力学的基础上建立了旋流预混燃烧的大涡数值计算模型,并通过与实验数据的对比对模型进行了有效性验证；(2)进行了非反应条件下的流场大涡模拟研究。计算结果表明：燃烧室内能形成稳定的中心回流区和角回流区,中心回流区的边界上存在着涡旋进动过程(Processing vortex core, PVC),强烈的涡旋运动会导致燃烧室内产生声波的传播,且随着旋流数的增加,燃烧室内声学振荡的频率增加。燃料空气混合过程的研究表明,旋流数增加时,湍流强度增强,涡破碎程度提高,燃料空气混合均匀性程度增加。(3)利用建立的预混燃烧大涡模拟模型对反应条件下的热声耦合振荡特性进行了计算和分析。结果表明,随着当量比降低,燃烧室内压力振荡幅值逐渐增加,火焰温度值逐渐降低,CO2、CO、NOx生成量也显著下降,充分体现了贫燃预混燃烧稳定性的劣势以及低污染的优势；混合气体的进气温度低于650K时燃烧室内压力振荡幅值较低,燃烧稳定,随着进气温度增加,燃烧室内压力振荡幅值逐渐增加,燃烧过程变得不稳定；旋流数较低时,火焰长度较长,燃烧稳定,随着旋流数增加,火焰长度逐渐缩短,燃烧逐渐变得不稳定,当旋流数增加到1.3时,火焰向上游传播进入到预混管中,发生回火。(4)热声耦合振荡的相位分析结果表明,稳定燃烧时压力脉动和整体热释放速率的脉动耦合程度较低,相位关系不明显；当燃烧不稳定发生时,压力脉动和整体热释放速率的脉动波形基本相似,相位差小于90度。(5)振荡周期内火焰面脉动的分析表明,稳定燃烧时火焰面的位置基本保持不变,而振荡燃烧时火焰面会出现强烈的抖动,表现为火焰长度的伸长和缩短。通过分析湍流流场与火焰的相互作用,发现中心回流区边界层内的涡旋进动过程造成了火焰面的拉伸和断裂,是激发燃烧不稳定的主要因素。