多孔介质燃烧具有燃烧强度大、燃烧效率高、污染物排放低等优点。相对于传统自由空间燃烧,惰性多孔介质燃烧可以实现浸没燃烧,形成稳定燃烧火焰。多孔介质具有良好的辐射和导热作用,而目前关于多孔介质燃烧换热方面的研究还处在理论研究阶段。本文设计了一台80.6kW的多孔介质燃气热水炉,通过试验和数值模拟相结合的方法,对燃气热水炉的工作性能进行了深入的研究。本文试验用气为天然气和空气,并在当量比为0.90的条件下组织预混燃烧。首先对定水量条件下燃气热水炉的工作性能进行了试验研究。试验结果表明:在本文的试验工况条件下,多孔介质燃气热水炉燃烧室温度分布均匀,排烟温度较低,可以有效回收烟气中水蒸气的凝结潜热,以低位发热量计算的热效率最高可达106.8%,以高位发热量计算的热效率最高可达96.6%;燃烧室进出口压差最大为937Pa;随着燃烧强度的增大,CO排放量逐渐减小,而NO_x排放量逐渐升高,但最大值仅为44.6mg/Nm~3,远远低于GB13271-2014对重点地区规定的燃气锅炉氮氧化物排放限值150mg/Nm~3。然后基于燃气热水炉在实际应用中需要满足恒定出水温度的需求,本文对燃气热水炉分别提供60℃、70℃、80℃和90℃四种不同恒定温度热水时,不同燃烧强度下的燃烧换热特性和污染排放特性进行了研究。试验结果表明:燃烧室内的温度分布和热水炉热效率主要受燃烧强度的影响,而水流量的变化对二者的影响较小;燃烧室和尾部换热器两部分的传热系数均随燃烧强度的增大而增大,但前者受水流量变化的影响较小,后者受水流量变化的影响较为明显;CO和NO_x排放主要受燃烧强度的影响,且燃烧强度越大,水流量的变化对二者的影响越小。基于FLUENT软件建立了多孔介质燃气热水炉燃烧室部分的三维简化模型,对不同冷却边界系数的燃烧室结构进行了研究,分析了燃烧室内的温度分布、燃烧反应速率和污染物排放情况,研究结果表明,冷却边界系数为6.0的燃烧室结构的燃烧及污染物排放特性综合效果最好。