无焰燃烧技术是一项全新的节能环保型燃烧技术，具有燃烧效率高，辐射换热强，NOx排放量低等优点。本文围绕无焰燃烧的燃烧特性、理论建模、台架设计等展开了数值模拟和实验研究，结果如下：论文首先介绍了20kW无焰燃烧台架的设计与搭建。开展了相应的数值模拟为后期试验的展开提供理论支持。借助于台架与数值模拟，我们开展了甲烷、煤粉等不同类型燃料下的无焰燃烧，并从燃烧组织、温度特性、烟气排放等三个方面来探索无焰燃烧对不同燃料的燃烧特性。结果表明：无论是气体燃料还是固体颗粒燃料都能在扩散燃烧方式下实现无焰燃烧。同时，与常规燃烧相比，无论是甲烷还是煤粉，在实现无焰燃烧后，其NOX排放量都远低于常规燃烧工况。相较于气态燃料，煤粉、生物质等固体颗粒燃料实现无焰燃烧的要求更高。首先固体颗粒燃料实现无焰燃烧，需要保证炉内足够的烟气卷吸水平来克服颗粒重力作用的影响。其次，对于固体颗粒燃料，颗粒的粒径和给粉的连续性都对无焰燃烧的效果有很大影响。低NOX排放是无焰燃烧技术的主要优势，为了更好的了解无焰燃烧燃料N转化特性，本文开展了相应的数值模拟和实验研究。本文构建了甲烷掺氨燃烧的对冲火焰模型分析无焰燃烧燃料N转化特性，并开展了甲烷掺氨无焰燃烧试验进行进一步研究。结果显示：在无焰燃烧条件下，N基团参与的还原反应与常规空气燃烧相比得到加强，而氧化反应被抑制。同时，NO→N2O→N2这条反应路径的重要性被突显出来。这两点结论从机理上解释了无焰燃烧燃料NOX排放量低的原因。而开展的甲烷掺氨无焰燃烧试验表明，无焰燃烧对于燃料NOX的减排也具有很大优势，无焰燃烧燃料NOX排放量比常规空气燃烧低1~2倍。在试验中，本文还观察到对于无焰燃烧存在一个临界当量比，当炉膛当量比高于这个临界值时，CO和NO的浓度都会随当量比的增大而增大。对于气体燃料在空气下的无焰燃烧，这个临界当量比的值在0.8~0.9附近。