本文以燃气热水器的燃烧器为主要研究对象,分析燃烧器引射结构参数对燃烧稳定性和均匀性的影响,并优化燃烧器结构尺寸。针对原型燃烧器在运行过程中,变负荷燃烧存在内焰模糊发暗,火焰振动,焰根浮起,超低负荷运行间歇熄火等问题,找到燃烧器自身结构参数对性能的影响规律,以数值模拟和实验验证相结合的方式得到最优的结构,实现其在高负荷调节比下更安全、稳定的燃烧。研究最终验证发现,优化后的燃烧器相比于原型,在小负荷下的燃烧稳定性有明显改善,表现为火焰的高度均匀一致,内焰淡蓝色火焰,清晰且无明显振动,优化效果明显。本文主要研究内容为以下几个方面:首先针对现有燃烧器引射结构,理论分析影响其燃烧稳定性的主要因素。以单燃烧器为对象,主要包括甲烷和空气在腔内的流动预混合程度,及出口的混合气流状态等参数。接下来建立燃烧器的物理模型,流动模型和组分输运模型,对其进行三维数值仿真模拟。同时搭建燃烧器性能测试实验平台,测试燃烧器在变负荷下火焰状态,燃烧稳定性、并确定燃烧器稳定运行的最小燃烧热负荷。将实验结果和模拟结果进行对比,验证了采用数值模拟方法研究的可靠性。接下来,针对燃烧器的几个主要结构参数,对结构尺寸变化对燃烧器性能影响作对比分析,得到最优的结构尺寸。最后,将优化后的燃烧器与原型同时进行燃烧实验对比验证,得到结论。研究结果表明,影响燃烧器引射性能(气流组合、分配)的参数主要有分配腔弧度,引射器喉部宽度,分流槽渐变尺寸,及燃气管与外壁间隙。分配腔弧度减少,能够将更多的气流引向前端,1~8号火孔流量与均值偏差由15.9%下降到13.3%,降低了2.6%,解决前端分配过低的问题,整排火孔气流速度更加均匀;引射器喉部宽度增加1.5mm,有利于在分配腔底部形成均匀且小梯度压力场;后端几组火孔的出口速度与平均流速的差值减少5.6%,提高整排火焰的稳定性;分流槽后端渐变尺寸x=10,d=2.9。该结构在高、低负荷下,主火孔流量与均值偏差与原型相比减少22.5%、19.8%,主火孔甲烷浓度与均值偏差与原型相比减少2.3%、1.9%;燃气管与外壁间有缝隙,能够减弱主射流的偏移,助于甲烷和空气预混合充分;射流量不至于集中在后方,有利于火孔流速的均匀一致。