多孔介质燃烧是一种燃烧效率高、热负荷调节比大、污染物排放低的新型燃烧技术,具有广阔的应用前景。本文在两段式多孔介质燃烧器的基础之上进行了优化和改进,研究了燃烧区结构对多孔介质内的预混燃烧特性的影响,主要研究包括:1、研究燃烧区厚度对多孔介质内的预混燃烧特性的影响,从而找到燃烧区和预热区最佳的厚度比值,拓宽燃烧器稳定燃烧范围;2、研究燃烧区径向孔隙分布对多孔介质内的预混燃烧特性的影响,以改善多孔介质内出现的火焰面倾斜现象,同时使燃烧器更加高效和低污染排放。本文首先搭建由碳化硅(SiC)组成的双层泡沫陶瓷多孔介质燃烧器实验平台,通入甲烷和空气在不同燃烧区厚度和燃烧区径向孔径分布的多孔介质燃烧器中燃烧,测量了温度和污染物排放等燃烧特性。然后在实验研究的基础上,使用FLUENT16.0软件建立了双层多孔介质燃烧器二维瞬态双温度数学物理模型,数值模拟了燃烧区厚度和燃烧区径向孔径变化对多孔介质内的稳定燃烧范围、污染物排放和辐射热效率等燃烧特性的影响,并与实验结果进行对比,得到以下结论:(1)随着燃烧区厚度的增大,燃烧器内的整体平均温度下降,NOx和CO出口质量分数逐渐减小;随着厚度比的增大,燃烧稳定区间先增大后减小,燃烧区和预热区厚度比值为3时,稳定燃烧区间最大;燃烧区厚度越薄出口辐射热效率越高,但是稳定燃烧区间很小。综合考虑,同等燃烧条件下,厚度比Lr=3,即燃烧区厚度是预热区厚度的3倍时,燃烧器燃烧效果最好,此时稳定燃烧区间最大,辐射热效率也比较高。(2)燃烧区径向孔径变化多孔介质模型有效的解决了火焰面倾斜的问题,拓宽了稳定燃烧区间,提高燃烧器整体温度水平,使燃烧器内的温度分布更均匀;相同工况下,内部加密的多孔介质模型的出口温度最均匀,在实际生产应用中,对于需要均匀地加热物体的工序,内部加密多介质模型是最好的选择。燃烧区径向孔径变化的两种加密的多孔介质模型均能提高燃烧器的辐射热效率,在当量比φ=1.0时,相比于无加密多孔介质模型,内部加密多孔介质模型的辐射热效率提高了 14%,外部加密多孔介质模型的辐射热效率提高了 10%。燃烧区径向孔径变化的两种加密的多孔介质模型均能降低CO的排放量,在当量比φ=1.0时,内部加密多孔介质模型能减少将近12%的CO排放量,外部加密多孔介质模型能减少大约7%的CO排放量。