对于水下潜艇用动力,要求振动小、噪声低、排放隐蔽,更重要的是要能在脱离空气的特殊环境下工作。热气机(Stirling engine)不仅能满足这些要求,它还具有效率高、体积小、重量轻、能使用多种能源等优点,因而从它诞生的那天起就引起了研究者的极大兴趣。国内的711研究所在引进国外技术的基础上对热气机的燃烧室进行了一定的改进,这是因为外燃系统的优劣对于热气机的性能影响很大,它不仅影响整机的功率和效率,还影响排放,并直接影响换热管的寿命,对整机性能有决定性影响,因此外燃系统设计是热气机设计中至关重要的一环。由于对燃烧室内物理量的测量极为困难,并且花费巨大,为此,随着计算机技术及现代计算流体力学(CFD)的发展,燃烧室模拟在燃烧室设计和研究中发挥了越来越重要的作用。本文利用商业CFD软件——Fluent对热气机燃烧室进行了全面的数值模拟研究,包括冷态和热态两种情况。综述了液滴喷雾特性的实验与理论研究;讲述了计算流体动力学的相关知识;对燃油喷雾混合过程和燃烧室内的燃烧过程进行了完整的模拟,获得了较好的模拟结果。得到了一些规律和结论:当雾化空气压力一定时,随着燃料质量流量的增大,油滴的平均粒径也随之减小,并且变化的趋势趋于平缓,这表明质量流量增大对液滴平均直径的影响逐渐减小;建立了热气机燃烧室内燃烧模型,进行了燃用柴油和燃用氢气的燃烧过程模拟,得到其中主要成份的分布图;通过控制柴油雾化可以达到调整燃烧室内温度分布的目的;燃烧产物(CO2、H2O等三原子分子气体)的分布也对温度分布有很大影响;燃烧室出口位置的选择对燃烧室内温度的分布有很大影响,为保证温度分布均匀需要优化;以氢气为燃料有更高的效率,在燃用氢气时应该采用燃气再循环设计。最后我们可以得到这么一个结论,在Stirling发动机燃烧室内部高温高压的条件下,影响温度分布的主要因素应该是:燃烧室结构情况,燃料的雾化、蒸发,气体的流动(包括燃烧产物的分布)、传热过程。同时也证明了通过此种方式对热气机燃烧室设计模型的可行性。为热气机的设计工作提供了重要参考依据和新思路。