随着世界经济的发展,能量短缺的问题日益彰显,寻求能源利用效率高的燃烧器成为科学家们努力的方向,有着多重优点的微尺度燃烧获得了全球各国科研工作者的广泛关注。微尺度燃烧是燃料在微小空间产生燃烧的反应。微尺度燃烧涉及到多个学科,其中包括传热学、燃烧学、化学反应动力学等。微尺度燃烧与常规空间尺度的燃烧相比,它的稳定性、燃烧效率、热量损失等燃烧特性有着明显的优势。本文运用数值模拟的方法对甲烷微燃烧器的工作状况及各方面性能进行了深入研究,分析了甲烷燃烧时,燃烧室内的场协同度,并且运用多学科优化设计理论对燃烧室以及燃烧器的角度进行了全面的优化设计,为微燃烧器的研究提供了参考依据。论文主要研究工作和创新点如下:(1)建立了甲烷阶梯型微燃烧器的燃烧数学模型,对不同入口速度,不同壁面材料以及不同燃烧器构造下微燃烧器的燃烧状态进行了模拟与分析,揭示了微燃烧器甲烷的燃烧特性与规律。(2)采用多场协同原理对微燃烧器进行了多场协同分析,揭示了速度矢量场与温度梯度场间的协同性最佳时,微燃烧器通道内的温度分布,获得了不同入口速度及不同过量空气系数对燃烧室与微燃烧器壁面温度的影响规律。(3)利用多学科设计优化理论,以微燃烧器的燃烧室内腔长度以及微燃烧器出入口的阶梯角度为目标函数建立了优化设计模型,并运用自适应混沌优化算法对多学科优化设计权值因子进行了最优解析。结果表明,优化后的微燃烧器的燃烧性能得到了改善。