首先采用燃料加湿稀释扩散燃烧方式对该航空发动机燃烧室进行低NOx改造，该技术在一定加湿比例的情况下，可降低NOx和CO排放。设计了燃料加湿喷嘴，模拟结果表明，在一定燃料加湿比例条件下，该燃烧室采用此燃烧技术能够大幅降低NOx的排放浓度，同时CO排放浓度也较低，但NOx仍然无法达到国标要求的排放水平。
对燃烧室火焰筒进行了改造，通过高速射流和几何结构引导的方式，尝试在原型机有限的机匣空间内实现柔和燃烧。数值模拟的结果显示，在原型机有限的空间内，仅重新设计火焰筒而不改动机匣，无法获得温度场均匀、火焰峰值温度低的柔和燃烧。这表明，在航空发动机压力高、流量大、速度高、尺寸小等不利因素影响下，实现柔和燃烧的难度较大。
最后，应用微混燃烧技术，探究是否能进一步降低污染物排放。在不改变机匣的尺寸和结构的情况下，实现了微混燃烧喷嘴的布置。数值模拟结果表明，头部微混燃烧当量比为0.64时，全局最高温度为2069K，相比燃料加湿燃烧，其下降程度较为可观。由于全局燃烧温度较低，其出口NOx仅7.5ppmvd@15%O2，CO为9.4 ppmvd@15%O2。尽管头部微混燃烧获得了均匀温度场，还需要进一步通过掺混孔的优化来改善出口温度分布。
对于所研究的天然气短环形燃烧室，在不改变机匣结构，仍然采取原型机的环形燃烧室的情况下，通过燃料加湿燃烧能够获得较低的NOx排放水平；在该机匣空间内，不能实现高压高负荷柔和燃烧；微混燃烧方案能够实现稳定燃烧，燃烧温度场均匀，NOx排放低，是将航空发动机短环形燃烧室改造为低NOx燃烧室的具有潜力和可行的燃烧方式。
图1 不同燃料加湿比例污染物排放浓度
图2 微混方案燃烧区域轴截面及出口温度分布
