随着工业需求的增长,现代燃气轮机燃烧室容积热强度不断增大,出口温升不断提高,而过高的燃烧温度会产生大量NO_X。研究表明,贫预混燃烧可以降低燃烧温度,显著减少NO_X排放,然而采用贫预混方式的天然气同轴分级燃烧室却存在不稳定燃烧和贫燃熄火的问题,两者共同制约了燃烧室的稳定燃烧性能。因此需要对燃烧稳定性的两个方面:燃烧动态稳定性和贫燃熄火稳定性进行研究,为保障燃气轮机稳定工作,拓宽稳定燃烧边界奠定基础。本文以同轴分级燃烧室为研究对象,进行了燃烧动态稳定性和贫燃熄火稳定性的实验研究,并结合数值模拟对燃烧稳定性进行深入分析,获得了同轴分级燃烧室燃烧稳定性随燃料分级比、流量比、旋流比等参数的变化规律。主要工作内容如下:(1)对燃烧动态稳定性进行了实验测量。燃料分级比由0增大到3时,燃烧动态稳定性分为低频低幅不稳定燃烧、稳定燃烧、高频高幅不稳定燃烧三个阶段。燃烧动态稳定性与两级流量配比、两级旋流配比以及反应区位置有关,不同阶段的影响规律不同。(2)对实验的典型工况进行了数值模拟,获得的反应区位置、回火工况点与实验符合较好,验证了数值模拟的可行性。燃料分级比为1和3的两个工况燃烧动态稳定性存在很大不同,通过时间序列获得了进动涡核对轴向速度、CO、火焰指数等产生的周期性扰动,揭示了燃烧动态稳定性的内在机制。研究了进口加脉动后燃烧室内的压力脉动、释热率脉动和拟序结构,获得了燃烧对进口扰动的响应机制。(3)对贫燃熄火稳定性进行了实验和数值模拟研究。获得了贫燃熄火稳定性与预燃级当量比、两级流量配比、两级旋流配比、进口温度、压力、流量、中心级、掺混性能等参数的变化规律。通过数值模拟分析了主燃级当量比降低过程中速度场、温度场、燃烧效率、特征温度、火焰体积等参数的变化,并研究了已有熄火极限预测方法对天然气同轴分级燃烧室的适用性。