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低热值燃气由于其热值低而燃烧速率低，因此在高速来流中，火焰易吹熄。但是预混合火焰能够在旋转流中高速传播的现象说明：在旋流作用下，预混合火焰能起到在高速的来流中稳定燃烧的作用。为全面掌握旋流预混合火焰的燃烧特性，并探讨将旋流预混合燃烧的稳燃特性用于实际的可行性，本论文采用数值模拟的方法，以绝热旋流预混合甲烷/空气燃烧为对象，进行了如下几个方面的研究。
1、对不同当量比条件下直管中均匀进口条件的旋流预混合火焰结构、稳燃特性和燃烧效率进行了研究。数值结果表明，火焰面在直管的r-z面内呈U型。旋流切向速度一定而进口速度不断增大时，U型火焰面的位置会升高直至吹熄。且靠近进口部分出现逆向压力梯度。当采用驻定法将火焰根部位置固定时，旋流切向速度和进口速度则满足线形变化规律。且燃烧效率随着旋转切向速度增大而减小。若采用随半径线性下降的进口速度分布时，燃烧效率将提高；但预混合气流率相比均匀进口条件时下降。同时比较了一步有限不可逆反应模型(overall irreversible reaction system)和含有16种组分，25种基元反应方程式的反应模型(skeletal elementary reactionmechanism)的计算结果，发现在当量比不超过1.0时，两种模型的结果基本相同。
2、直管旋流燃烧特殊的流场结构使得在不同的区域点火时，火焰发展情况不同。并最终影响了火焰的稳定性。本文对不同点火位置条件下的燃烧进行了数值解析，燃烧反应采用不可逆有限速率甲烷/空气一步总括反应，并引入无量纲参数r+ignit将直管进行分区。结果表明：只有在低速区(r+ignit≤0.5)点火，去掉点火后火焰才能最终稳定；而在高速区(r+ignit>0.5)点火时，火焰将会吹熄。文中还探讨了回流区的形成和发展过程对火焰的发展和最终稳定的影响。
3、针对直管中旋流预混合燃烧效率低不适于实际应用的缺陷，本文采用数值研究的方法考察了突扩式管道中旋流预混合燃烧。计算结果表明在突扩式管道中出现了两个火焰面(内焰和外焰)。双火焰面的形成使得燃烧效率提高接近至1.0，因此在预混气进口质量流率相同时，突扩管的燃烧热负荷大于直管中的燃烧热负荷。此外，由于突扩段使得旋流的衰减，进口段的逆压梯度增大；而提高了突扩管燃烧的吹熄速度，使得燃烧能在更大的来流速度范围内稳定。