燃烧是现代社会获取能量的主要方式,同时也带来了严重的环境问题。为了优化燃烧装置的设计,提高燃烧效率,减少污染物排放,我们需要深入地了解多相湍流燃烧中的多场、多尺度耦合作用,准确地预测湍流燃烧过程。在这样的背景下,本论文发展了多相燃烧直接数值模拟程序,研究了复杂多相湍流燃烧中的基础问题,研究内容涉及气相湍流燃烧、液雾湍流燃烧和煤粉湍流燃烧。建立了单相和多相湍流燃烧的直接数值模拟数据库,为理解复杂多相湍流燃烧中的湍流、燃烧和颗粒相互作用和发展多相湍流燃烧相关模型提供了数据支持。在气相湍流燃烧的研究方面,首先对实验室尺度的H2/N2湍流抬升火焰进行了直接数值模拟。为了验证程序的准确性,对直接数值模拟和实验测量结果进行了广泛的对比,发现不同标量的模拟结果都与实验结果吻合得很好。对空间发展的H2/air旋流预混火焰进行了直接数值模拟研究,探讨了燃烧与湍流涡结构的相互影响。研究了空间发展旋流火焰中的优先扩散效应,发现在平面火焰中观察到的优先扩散效应在旋流预混火焰中被抑制了。还对各向同性湍流中自由传播H2/air预混火焰进行了直接数值模拟研究,重点讨论了不同构造火焰中的燃烧特性和平均化学反应源项的封闭模型。在液雾湍流燃烧的研究方面,对各向同性湍流中的液雾蒸发和燃烧特性进行了直接数值模拟。研究表明归一化液滴直径平方的平均值随时间线性递减,这与d2定律是一致的。湍流有利于液滴蒸发；液滴的尺寸主要影响蒸发速率和液滴的寿命。条件平均蒸发速率在混合分数空间是线性变化的。与气相燃烧类似,液雾燃烧的着火通常发生在低标量耗散率区域。用log-normal分布来预测标量耗散率的分布,得到了较好的结果。最后,用预混燃烧份额因子分析了液雾燃烧中预混和非预混燃烧的份额。在煤粉湍流燃烧的研究方面,对高温伴随流中的煤粉射流火焰进行了直接数值模拟。综合考虑了煤粉颗粒燃烧的各个子模型,采用甲烷的五组分两步反应机理来描述挥发分的均相燃烧。直接数值模拟数据与实验数据进行了部分的验证,对比了煤粉颗粒速度在轴线上的分布,得到了定性吻合的结果。直接数值模拟结果表明上游燃烧特性跟下游有显著的差别。上游区域的反应速率较为分散,在燃烧核心内部可以发现单个煤粉颗粒。到了下游区域反应速率更加连续,其中包含了大量的颗粒,这些都是群燃烧的特征。对预混、非预混及多相湍流燃烧中的条件矩封闭(CMC)封闭模型开展了系统的研究。验证了混合分数／过程变量的假定PDF模型,采用AMC模型模拟条件平均标量耗散率,线性模型模拟条件平均速度,梯度扩散模型模拟条件平均湍流通量。对液雾燃烧中的条件平均蒸发速率建立了封闭模型。煤粉燃烧方面,研究了混合分数空间内温度和热释率的条件平均统计特性,为煤粉气固湍流燃烧相关模型的发展提供了基础。