在实际燃烧装置中,燃料和空气的混合状态很难达到完全预混,混合气通常以部分预混的方式进行燃烧。因此,对部分预混火焰的研究具有重要的工程价值和实际意义。本文采用DTF(Dynamic Thickened Flame)燃烧模型对悉尼大学实验测量的FA/FJ两种火焰布局的非均匀入流部分预混火焰进行了系统性的大涡模拟(LES)研究。本文不仅改进了DTF燃烧模型,而且对部分预混火焰的结构、局部熄火、吹熄极限等进行了分析,深化了对部分预混火焰特性的了解。本文首先利用GRI3.0详细机理对一系列的自由传播预混合火焰进行计算,获得了层流火焰厚度、传播速度随混合分数的变化规律,并将推导出的两个拟合函数引入到DTF模型,使改进后的模型能更好地应对部分预混燃烧状态。此外,本文对比了甲烷/空气燃烧的JL1、JLR、19步机理、28步等反应机理在一维火焰中的计算精度和效率进行了综合评估,认为19步反应机理与DTF模型相结合是一种很好的耦合方案,满足后续的部分预混火焰计算要求。随后对悉尼大学测量的非均匀入流火焰进行了详细的计算研究,研究表明:FJ火焰布局、吹熄比为0.9的工况下,改进前的DTF模型对远离中心区域的温度预测存在较大误差,比实验值偏高200K左右;而改进后的DTF模型对该区域内温度场的预测与实验结果吻合良好。对吹熄比均为0.7、FA/FJ两种布局下的火焰计算的结果分析表明:FA布局下熄火现象首先出现在x/D=7附近,而对于FJ布局,熄火现象首先出现在x/D=13附近;此外,两者的局部熄火造成的火焰面“孔洞”形貌也明显不同,前者大而疏,后者小而密。这种差异导致FA/FJ布局的火焰稳定性很不相同,FJ布局的射流吹熄速度比FA布局高了很多。通过温度与混合分数的散点图分析,发现FJ布局的上游存在明显的分层预混燃烧现象,而在下游则逐渐转为扩散燃烧为主;而FA布局中,上游的分层燃烧几乎不存在。在两种火焰的中下游,介于预混燃烧与扩散燃烧分支中的状态点均越来越多,表明局部熄火现象越来越明显。而随着射流速度的提高,两种火焰布局的熄火现象也愈发突出,直至全部熄灭。LES计算得到的速度、温度、组分、混合分数等变量的统计数据均与实验结果吻合良好,同时LES还很好的预测到了FA和FJ两种布局下的火焰局部熄火和吹熄现象。计算得到的FA、FJ两种布局下的火焰吹熄速度分别为74m/s和128m/s,与实验结果的64.5m/s和114.3m/s很接近。这验证了本论文计算方法的可靠性,也证明了FJ布局下的火焰具有更好的稳定性。为了定量检验本文采用的计算模型和计算方法的精度,本文还采用新近发展的Wasserstein Metric分析方法,对LES的计算结果进行多维度的联合统计分析,分析也表明了LES的计算精度是令人满意的。