为开发零碳燃料微型燃烧系统,设计和测试了一种微型纯氢旋流燃烧器。该燃烧器采用非预混燃烧模式和低流阻设计,旋流叶片一体化成型,配备预热环形流道,旋流强度为0.76,流动阻力小于86Pa,能够在较宽的化学当量比和较大的输入功率范围内高效运行,并实现碳氢气体燃料与纯氢燃料的灵活切换。基于数值模拟,研究了微型旋流燃烧器内的空气动力学特性,结果表明,该燃烧器在出口处形成良好的高速区和回流区,中心回流区呈轴对称分布,可有效卷吸下游高温烟气,从而实现稳定的旋流燃烧。通过实验,详细研究了化学当量比(0.3~0.6)和输入功率(495~990W)对微型纯氢旋流燃烧温度分布和污染物排放浓度的影响规律。结果发现,开发的燃烧器在化学当量比为0.3~0.6时可高效稳定运行,随着化学当量比的增加,烟气温度先上升后下降。当输入功率为990W时,化学当量比为0.3、0.4、0.5和0.6的7个测点的平均温度分别为1182、1277、1376和1256K,并在化学当量比为0.5时达到最高值,测点最高温度为1579K。输入功率显著影响烟气温度,随着热负荷的增加,烟气温度不断上升。在化学当量比为0.5,输入功率为990W时,NO的排放浓度达到140.6mg/m3。在相同输入功率下,降低化学当量比能显著降低NO浓度;当化学当量比为0.3、输入功率为990W时,氢气完全燃尽,同时NO排放浓度降至60.3mg/m3,较化学当量比为0.5时的140.6mg/m3降低了57.1%。纯氢火焰在有光源环境下透明,肉眼难以观测;在无光源条件则显示出微弱的发光特性,火焰呈现橙红色,周围有微弱的蓝紫色,主要是燃烧中间产物导致。随着输入功率的增加,纯氢火焰高度不断提升。当输入功率为495W时,火焰锚定在燃烧器出口平面;当输入功率达到990W时,火焰高度可超过3cm。