沥青搅拌设备用燃气燃烧器通过燃料燃烧所释放的热量将冷骨料中的水分蒸发并加热至额定的温度,其热性能在沥青搅拌设备的安全运行和经济效益中扮演着至关重要的作用。然而,伴随燃料燃烧而产生的氮氧化物(NO_x)严重污染了大气环境。为此,研究燃烧器的结构对流场及NO_x排放特性的影响,开发一种应用于沥青搅拌站的低NO_x排放燃烧器具有重要的价值与意义。本文以火焰的锋面长度、热交换效率及NO_x排放量为评价指标,通过数值模拟研究燃烧器中的旋流器结构对燃烧器性能的影响,并以此为基础进行新型燃烧器设计与优化,本文的主要内容如下:首先,以单级旋流燃气燃烧器为对象进行几何建模与数值分析,通过对燃烧器的实验结果和数值模拟结果进行比较来验证数值模型的可靠性与正确性。由此数值模型对旋流器进行多叶片角度和数目的参数化研究,探索其对燃烧器流场及燃烧特性的影响规律。其次,在单级旋流器的基础上设计出了双级旋流器,将两者进行对比,发现双级旋流燃气燃烧器的火焰锋面长度得到了改善。接着,运用燃料分级燃烧技术,基于双级旋流器引入中心喷嘴结构,实现燃料的分级燃烧并探索分级燃烧对NO_x排放量的影响规律。在此基础上,再对二级旋流叶片的角度进行参数化研究,分析一、二级旋流叶片之间的匹配规律,寻找热交换效率和火焰锋面长度最优的结构设计方案。最后,结合火焰稳定原理提出一种新型锥形钝体结构,将其引入双级旋流器,并对锥形钝体结构的半锥角度展开参数化讨论,分析不同半锥角度对燃烧器火焰稳定、火焰锋面长度及热交换效率的影响规律,优化旋流器设计方案。综上所述,本文以燃烧器为对象,结合三维建模、计算流体力学分析和结构参数化影响研究,提升了燃烧器在火焰稳定、热交换效率及NO_x排放等方面的性能,对燃烧器的优化改造有着重要的参考价值。