随着石油能源危机的出现和排放法规的日益严格，对代用燃料的研究已成为内燃机领域的研究热点。在众多的石油替代燃料中，天然气由于具有热值高、抗爆性能好、混合气着火界限宽等优点，而受到研究者的广泛关注。并且，在天然气中掺入氢气，可以弥补天然气火焰传播速率慢的缺点。由于层流火焰是最基本的燃烧现象，它综合体现了流体流动、分子输运和化学反应等因素对燃烧过程的影响，对层流火焰进行分析是认识爆震和湍流燃烧现象的基础和出发点。因此，从层流燃烧现象出发，研究天然气-氢气混合燃料的燃烧特性，大大简化了计算模型，并能揭示出诸因素对燃烧过程的影响。为了深入认识天然气-氢气混合燃料层流燃烧过程，有必要对天然气-氢气混合燃料层流燃烧进行数值模拟研究。因此，本文针对定容燃烧弹中的天然气-氢气混合燃料的燃烧过程进行了三维数值模拟。首先，利用CAD软件Pro/ENGINEER建立定容燃烧弹内腔的几何模型，并将其导入商业软件Fire的前处理器中。接着，在Fire软件的前处理器中，利用自动网格生成器，使用表面网格生成体网格。然后，根据掺氢比例、当量比及各组分的物性参数计算出不同掺氢比例、当量比条件下未燃混合气的热力学参数。最后，设定Fire求解器中的参数，进行数值模拟计算。通过模拟计算，获得了在不同当量比（0.8～1.2）、掺氢比例（0％～40％）条件下，天然气-氢气混合燃料燃烧的压力、温度、放热率、反应率等参数随时间的变化趋势及其在三维空间的分布，并与在定容燃烧弹上进行的天然气-氢气-空气预混层流燃烧的试验结果进行了比较。模拟计算和试验所得到的压力曲线定性上基本相符，且压力随掺氢比例、当量比变化的趋势基本一致，表明模拟计算的结果定性上符合试验研究结果。同时，对于定量上的偏差进行了分析，存在偏差的因素是：传热模型对壁面传热估计不足和使用简化燃烧模型。在燃烧过程的前期，定容弹内的压力均匀且无变化，到某时刻开始以较快速率上升，燃烧反应结束后基本不变。在火核形成到火焰传播至定容弹壁面这段时间内，已燃区温度逐渐升高，未燃区维持初始温度不变，火焰前锋面上的温度值低于已燃区。当火焰传播到定容弹壁面后，已燃区温度继续有所上升，最终整场内温度趋于均匀。已燃区内燃料和产物的质量分数的梯度值为零；而在火焰前锋面上该梯度值很大。燃料和氧气的反应在火焰前锋面上进行，火焰前、后的反应率为零。在火焰传播至定容弹壁面以前的这段时间内，火焰前锋面上的反应率逐渐增大。燃烧过程的初期，传热作用很小，气流仅与两根点火电极上火焰波及的区域有换热，随着火焰的传播，点火电极上参与换热的区域越来越大，扩展至整个电极，然后火焰与容弹壁面之间开始进行换热。