以耦合并联混动系统的涡扇发动机（以下简称为并联混动涡扇发动机）作为研究对象，使用PROOSIS搭建了并联混动涡扇发动机模型，研究了并联混动涡扇发动机的工作特性与性能参数随功率混合度的变化情况。结果表明：当功率混合度增加时，并联混动涡扇发动机的核心机流量、涡轮前温度、高压轴转速均降低；低压轴转速增加，低压压气机入口流量先减小后增加；发动机涵道比增加；低压压气机压比小幅增加，高压压气机压比明显下降，导致发动机总压比降低；发动机各部件的工作点将发生移动，当工作点偏离高效区时，将导致部件效率的下降。由于电功率的输入以及电能传输的高效率，并联混动涡扇发动机的油耗以及考虑电能传输损耗的能耗均低于基准涡扇发动机；对考虑电能传输损耗与发电过程中不可再生能源损耗的综合能耗，当电能来自于不可再生能源发电时，并联混动涡扇发动机的综合能耗可能会更高。

能够适应专用混合动力发动机（DHE）动态特性的优化能量管理对于进一步探索插电式混合动力电动汽车（PHEV）隐藏的节油潜力具有重要意义，因为它依赖于车联网提供的多源交通信息。本工作致力于为此类基于DHE的PHEV开发预测能量管理和发动机控制系统，为此，提出了一种分层监控系统，其中上层采用动态规划（DP），利用数字地图提供的长期交通预览实现荷电状态（SOC）规划。此外，基于多变量长期和短期记忆（LSTM）网络的速度预测，底层的数据驱动预测等效消耗最小化策略（D-PECM）实现了有效的功率分配和鲁棒的SOC跟踪，同时考虑了预测发动机启动和停止以及在瞬态中优化控制发动机燃烧过程。为了探索该解决方案的潜力，基于火花诱导压缩点火（SICI）和火花点火（SI）燃烧模式下运行的双燃烧模式DHE的实验数据，建立了PHEV模型。此外，还进行了硬件在环（HIL）测试，以验证所提出的方法，该方法基于中国的两个真实驾驶循环，并记录了实时交通数据。结果表明，与标准自适应ECM相比，多元LSTM可将预测精度提高5.4%，所提出的D-PECM可分别降低燃油消耗量和NOx排放量2%和3%以上，并避免过度频繁的燃烧模式切换和发动机启停。

生物燃料和基于先进燃烧模式的混动专用动力发动机（DHE）在减少温室气体排放方面具有巨大优势。为了探索这一解决方案的潜力，本文评估了生物乙醇和SICI高效燃烧在高效控制策略下的效果，以减少温室气体排放。本文通过基于动态规划算法为插电式混合动力汽车优化了火花诱导压缩点火（SICI）燃烧系统的高效区域，进行了SICI燃烧模式发动机的正向开发，之后，使用一维和三维发动机数字孪生模型制造了发动机原型。此外，在GT-suite和MATLAB/Simulink软件中，使用优化后的发动机实验数据对进行车辆和控制器建模，并在法规和真实驾驶循环下评估其基于规则的控制和自适应等效最小化控制策略（A-ECMS）的电平衡（CS）控制性能，并与离线DP进行比较。结果表明，使用SICI发动机与E20和E100的混合动力汽车可分别将油井-车轮（WTW）CO2排放量减少28%至75%，其中超过7%的减少是由使用A-ECMS的控制系统优化提供的。此外，本文开发的基于数字孪生模型的仿真平台可用于评估和优化匹配混合动力汽车的先进内燃机和控制器。

为了提升车速预测的预测精度和计算速度，对路况场景进行了分类，并分别在对应场景下提出了与相应交通信息相结合的车速预测算法。首先，分别搭建高速和城市工况场景。并在高速场景下采用广义自回归神经网络（GRNN）结合前车信息的算法，在城市场景下采用GRNN结合前车和交通灯信息的算法，用于构建多信息融合的GRNN车速预测模型。针对不同场景下的模型进行仿真，并分别提取最优的模型参数，然后采用其他工况对两种场景下的车速预测模型进行验证。仿真数据表明，采用最优参数的融合预测模型相较于仅采用历史车速数据的预测模型，在高速场景下，结合前车信息，平均预测精度提高了15.7%；在城市场景下，结合前车信息和前方交通灯信息，平均预测精度提高了17.2%。

将固体氧化物燃料电池（SOFC）用于车用动力或辅助电源是实现交通动力节能减排的重要技术路径之一。直接氨SOFC（DA-SOFC），即将氨作为燃料直接通入SOFC反应，可解决使用纯氢气燃料面临的储运问题。采用COMSOL Multiphysics建立了DA-SOFC单流道模型，进行了其在不同温度与阴极运行参数（氧分压、阴极气体总流量等）条件下的仿真分析。结果显示，增大阴极氧流量与氧分压均可提升电池放电性能，且氧流量改变的效果优于氧分压。当氧分压提升至0.50时，DA-SOFC在相对低温（650°C）下的峰值功率密度由0.384 W/cm2（0.21氧分压）提升到0.452 W/cm2，增幅为17.7%。氨气分解速率很快，氨分压基本不受阴极参数改变的影响；氢气消耗速率随氧分压增加而变大，氢分压下降。随着氧分压的升高活化极化和浓差极化损失均有所降低。

质子交换膜燃料电池内部过程较为复杂，包括多物理场耦合传输、多相流动、多孔介质传输行为、电化学反应等复杂问题，其模拟依赖于对上述复杂过程与机理的深刻理解。该质子膜燃料电池三维模型基于开源平台OpenFOAM，对于Navier-Stokes方程（动量守恒方程）、质量、组分守恒方程、电子、离子电势守恒方程、能量守恒方程、Butler-Volmer方程（电化学反应速率方程）进行了耦合求解，并考虑了相变传输、多孔介质有效传输性质、传输性质的各向异性、催化层-聚合物表面氧气传输阻力等因素，建立了机理完善的三维质子膜燃料电池模型。通过对1cm2电池不同工况下的实验得到的极化曲线与损失项的对比，证明了模型的可靠性。模型用于分析电池内部物理量分布与水管理性能，揭示了多物理场互相作用的关系。

随着航空排放对环境的影响日益扩大，氮氧化物（Oxides of nitrogen，NOx）作为航空排放主要污染物之一，众多学者对其展开了研究，目前少有对航空NOx排放预测方法的研究。基于此，首先对影响航空NOx排放的因素进行了调研分析，归纳了适合作为预测模型输入的变量，其次结合国际民航组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）发动机排放数据库（Engine Emissions Database，EEDB）中与NOx排放相关的数据，通过卷积神经网络Convolutional Neural Network，CNN）技术，提出了一种航空发动机NOx排放指数的预测新方法。结果显示该模型的预测准确度为均方根误差为0.38，决定系数为0.82，后续可继续进行改进优化。这种方法为构建全面完整的航空NOx排放清单和研究NOx引起的辐射强迫对气候变化的影响奠定了基础。

为研究活塞二阶运动对内冷油腔振荡换热的影响，本文使用ANSYS软件对活塞的缸内运动进行了瞬态动力学的仿真建模，获得了考虑燃气冲击作用的活塞位移曲线，并在Fluent中利用相对位移法研究了简单往复运动与活塞二阶运动对内冷油腔振荡换热的影响。研究表明，活塞二阶运动的引入会降低内冷油腔的填充率，这是由于活塞在高速摆动时会强化机油的湍流运动，增强机油在油腔周向的动量，使之能够更快地实现冷却循环，减小了油液的滞留时间，但在机油喷油量较低的情况下会出现油腔内冷却机油量不足，冷却能力降低的现象，而随着喷油速度的升高，二阶运动能够强化油液的振荡换热效应，这一转折所需喷油量会随着转速的升高而升高。

活塞-缸套组件的润滑状态直接关系到整机的运行效率、运行可靠性与设备使用寿命等。本文通过超声波测厚技术测量了不同运行工况下活塞-缸套间润滑油膜厚度，对比分析了相同运行工况下不同油膜厚度与振动响应之间的对应关系。

选择性催化还原(SCR)催化剂载体前的流入均匀性是柴油机后处理脱硝能力的主要问题。通过构建数值模型，对6种不同结构和位置特征的多孔板变体进行CFD模拟，分析了多孔板对SCR催化剂载体入口处气流速度均匀性的影响。通过比较不同的多孔板，包围流是实现更高的流入均匀性的主要障碍。封闭流道可以消除封闭流，并以增加压降为代价增加流入均匀性。合理的多孔板布局可以实现均匀性的提高，同时降低压降。高速排气加上较大的孔可以提高均匀性和压降。均匀性指数从原始设计的97.6%增加到优化设计的98.7%，而压降从11.20增加到12.09 kPa。权衡流入均匀性和压降之间的关系是一个值得关注的问题。