氢气被认为是未来燃气轮机等系统中最有潜力的清洁燃料，因而掺氢燃烧被认为是燃气轮机低碳清洁燃烧技术发展的重要方向之一。随着我国“双碳战略”的逐步落实以及全球对环境问题的日益重视，掺氢燃烧的火焰结构和流动特征研究更是刻不容缓。本项目拟建立一套燃气轮机分级旋流燃烧实验装置，采用数值模拟和激光/光学可视化实验相结合的研究方法，研究喷嘴关键几何与运行参数对天然气掺氢火焰结构特征及燃烧特性的影响机制，获从而得分级旋流喷嘴的优化方案，为东方汽轮机掺氢燃气轮机燃烧室自主研制提供数据支撑和理论参考。

本项目旨在研究燃烧器关键几何与运行参数对天然气掺氢火焰结构特征及燃烧特性的影响，因此，本项目共分解为三个研究子任务：

(1)通过数值模拟，建立分级燃烧模型，分析不同工况条件对火焰结构、流场特性的影响规律；(2)以实验方法探究不同的结构参数和操作参数对火焰稳定性和火焰释热率分布的影响；

(3)以实验方法探究双旋流火焰热声振荡影响因素，包括总当量比、总空气流量、内外旋流器分级比与值班火焰掺混比对甲烷火焰热声振荡特性的影响。

本项目的研究成果有：

(1)在数值模拟方面，通过RANS方法，采用SSTk-ω模型，分别进行冷态、热态下的计算，完成对不同工况下温度场、流场的分析；

(2)完成内外旋流器、火焰喷口件等的结构设计，并以实验方法探究不同结构参数与操作参数对火焰稳定性和火焰释热率分布的影响

(3)搭建实验平台完成了实际实验验证，使用OH自发光得到火焰结构与流场信息，通过压力传感器得到热声振荡过程中的压力信息，结合多个信息综合分析得到燃烧时中的相关燃烧状态。