燃烧室的结构设计及性能改进离不开相关试验的研究和验证。本文设计了一套燃烧室实验件。该实验件不仅能够用来对喷嘴、旋流器等部件进行冷态流场的测量，而且能够进行燃料燃烧的可视化研究，对燃烧室结构设计与部件性能的优化具有重要意义。本文应用Pro/E软件对实验件进行建模。实验件参照压力容器设计标准进行设计，并进行光学观测窗口的布置，增加机械调节装置来拓宽流场观测范围，有效地实现对燃烧、雾化等复杂现象的可视化研究。内部筒体设计采用了在雾化段富燃预混和贫燃预混两种方案。富燃方案对比分析多组结构，并采用正庚烷和煤油进行研究，贫燃方案采用煤油作为燃料，改进了火焰筒头部旋流器的设计形式。数值计算采用可实现的k ε湍流模型、EBU-Arrhenius燃烧模型来模拟内部的燃烧流场，采用迎风格式对控制方程进行离散化处理，并使用SIMPLE算法求解离散方程。数值研究表明，采用雾化段富燃、燃烧段大速差同向射流方案，并在火焰筒头部安装环直环进气时，温度场和反应区的分布能够达到最优。加大直环进气量，并使进气与富燃预混气体快速掺混，就能有效缩短反应区长度，防止壁面烧蚀。富燃方案中预混气流通道内气流速度较慢，存在回火危险。正庚烷与煤油热值接近，在简化的一步反应机理下温度场、反应区分布相似，可采用正庚烷燃料来预先模拟煤油的燃烧流场，但两种燃料的其他物理性质差异较大，应采用煤油进行富有针对性的雾化和蒸发研究。采用贫燃方案时，气流流速加快会使燃料停留时间缩短，避免回火的发生，但需采用相应的火焰稳定方案来有效组织流场。采用中孔旋流器能避免高温反应产物回流烧蚀壁面，并强化反应区的燃烧。中心射流的刚度对火焰稳定和回火有重要影响，需要加强射流刚度。