然貧預混燃燒可以降低Nox的排放，但其火焰以容易出現不穩定的情況．相對于擴散火焰，它的燃燒穩定范圍較窄，因此在貧預混燃燒室的設計過程中，需要考慮燃燒不穩定性。

M.Adzic等人通過實驗研究了貧預混條件對微型燃氣輪機燃燒室排放影響。實驗結果表明，低負荷下燃燒室NOx排放受進氣旋流數的影響很小，但大于85%負載工況時，提高進氣旋流數有利于降低NOx排放，但燃燒室負荷對ＮＯｘ排放的影響不大，且相同條件下，環形燃燒室在高當量比(>0.7)時排放性能優于單管燃燒室;預混燃燒室CO排放濃度很低，然而較高的進氣旋流數可導致燃燒室火焰穩定性下降。

另有文獻對貧預混燃氣輪機燃燒室的火焰穩定以及排放特性進行了實驗研究，該實驗在常壓下、實驗室條件下進行，采用的是單管燃燒器，主要研究了燃料與空氣混合度對燃燒室排放特性的影響。實驗結果表明，燃料與空氣混合不均勻度的增加在整個貧預混條件下均可增大燃燒室Nox的排放，而且氧原子濃度的增加對NO生成濃度的增加的貢獻占50%以上;實驗還表明混合不均勻度的增加可顯著降低燃燒室的穩定燃燒邊界，這是因為一方面混合不均勻度的增加增強了燃燒室內燃燒的震蕩，另一方面提高了燃燒室的貧熄火極限;最后通過實驗觀察發現，在燃燒室不穩定燃燒過程中，火焰呈周期性運動，其火焰特性以及不穩定機理顯著依賴于化學當量比以及混合不均勻度。

Sadamasa Adachi提出了一種超低NOx的三級模型，燃燒室沿軸向分為三級，考慮到火焰穩定性，第一級仍采用湍流擴散燃燒方式，第二級和第三級均先將空氣和燃料混合后再通入燃燒室，分別各有兩個相對的混合噴嘴。預混空氣先經通過一個徑向旋流通道，然后進入火焰筒，燃料則直接通入旋流通道中，與空氣混合后進入燃燒室。由于燃料和空氣預先混合，再加上進入火焰筒后立即與上一級的燃氣接觸后急劇升溫，從而發生化學反應。此時由于混合空燃比較高，反應區溫度較低(低于1500K )，幾乎無可見明火，從而抑制了NOx的產生，同時又由于反應的初始溫度較高，高的燃燒效率也得以保證。

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