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在过去的20年，全球环境恶化、化石燃料面临枯竭等问题日益加剧，具有清洁、高效、可持续及一次能源有效载体的氢气备受关注，一些研究学者及机构将氢气的应用推广到燃气轮机。氢-氧燃烧燃气轮机循环系统由于其燃烧高效、“零排放”等的突出特点，因此具有很大的经济和环境效益。目前初步的研究分析表明，氢-氧燃烧燃气轮机整体循环系统效率可达60％以上，因此具有很大的应用潜力，但是该领域的研究还刚起步，循环中具体部件(包括燃烧室及其冷却方式)的研究还相当少，氢-氧燃烧室是整个循环系统中最为重要的部件之一，故本文通过数值模拟和实验对其展开了相关的基础研究工作。
本文针对新型氢-氧燃气轮机热力循环系统，首先从传统燃气轮机燃烧室设计出发，对氢-氧燃烧室基本结构尺寸做了初步设计，然后采用全三维CFD模拟，分析、探讨了燃烧室内燃烧、流动及出口温度场分布特点，并根据计算结果对初步尺寸及运行参数进行了优化。计算结果表明:氢氧扩散燃烧的火焰面相对甲烷宽且更靠近燃料侧，随压力的升高火焰厚度逐渐变小，且火焰面逐渐向燃料侧移动;氢气的燃烧特性好，燃烧室入口旋流强度不必过大即可保证氢气高效稳定燃烧;虽然氢气的燃烧温度高，但采用循环水冷却的方式可有效地防止壁面超温(Tmax≤750 K)，同时，该氢氧扩散火焰燃烧室出口温度场最大及径向不均匀度与设计要求接近。
为了解决氢-氧火焰燃烧室的冷却问题，本文采用CFD中流固耦合计算功能计算、对比了三种具有相同的单面恒定热流密度、相同槽道冷却剂流量、相同槽道的横截面积、相同槽道的下表面与受热面距离和不同槽道深宽比的壁面冷却特性，根据计算结果进行冷却结构选择设计，并建立了氢氧燃烧室实验台，实验前先进行了流量计流量的标定。实验内容主要包括:燃烧室压力与壁温测量、壁面局部热流密度分析计算以及燃烧室壁面的热面温度计算等。通过实验研究得出以下结论:单面热流加热壁面时导致壁面温度在径向方向上存在很大的温度梯度，且温度梯度随着冷却槽道深宽比的增加而增加，相同条件下，小深宽比冷却结构的冷却效果优于高深宽比的冷却效果;音速流量标定流量特性与理论规律吻合较好，可很好用于实验中流量的控制;燃烧室壁面温度、壁面热流密度和壁面热面温度在主燃段达到最高，且随冷却水流量的增加而降低;由于在燃烧室气动及热力平衡计算中相关经验常数均取了稍大的阈值，以上各值均不高可有效保证燃烧室安全运行。此外，实验获得的燃烧室壁面轴线热流密度分布与数值计算结果基本接近。
由于目前关于氢-氧燃烧的燃气轮机燃烧室研究很少，本文所做的工作也只是探索性的工作，还有大量的工作有待进一步的深入研究。