摘要：为开发零碳燃料微型燃烧系统，设计和测试了一种微型纯氢旋流燃烧器。该燃烧器采用非预混燃烧模式和低流阻设计，旋流叶片一体化成型，配备预热环形流道，旋流强度为0.76，流动阻力小于86 Pa，能够在较宽的化学当量比和较大的输入功率范围内高效运行，并实现碳氢气体燃料与纯氢燃料的灵活切换。基于数值模拟，研究了微型旋流燃烧器内的空气动力学特性，结果表明，该燃烧器在出口处形成良好的高速区和回流区，中心回流区呈轴对称分布，可有效卷吸下游高温烟气，从而实现稳定的旋流燃烧。通过实验，详细研究了化学当量比（0.3～0.6）和输入功率（495～990 W）对微型纯氢旋流燃烧温度分布和污染物排放浓度的影响规律。结果发现，开发的燃烧器在化学当量比为0.3～0.6时可高效稳定运行，随着化学当量比的增加，烟气温度先上升后下降。当输入功率为990 W时，化学当量比为0.3、0.4、0.5和0.6的7个测点的平均温度分别为1 182、1 277、1 376和1 256 K，并在化学当量比为0.5时达到最高值，测点最高温度为1 579 K。输入功率显著影响烟气温度，随着热负荷的增加，烟气温度不断上升。在化学当量比为0.5，输入功率为990 W时，NO的排放浓度达到140.6 mg/m3。在相同输入功率下，降低化学当量比能显著降低NO浓度；当化学当量比为0.3、输入功率为990 W时，氢气能完全燃尽，同时NO排放浓度降至60.3 mg/m3，较化学当量比为0.5时的140.6 mg/m3降低了57.1%。纯氢火焰在有光源环境下透明，肉眼难以观测；在无光源条件则显示出微弱的发光特性，火焰呈现橙红色，周围有微弱的蓝紫色，主要是燃烧中间产物导致。随着输入功率的增加，纯氢火焰功率高度不断提升。当输入功率为495 W时，火焰锚定在燃烧器出口平面；当输入功率达到990 W时，火焰高度可超过3 cm。 收起-