本文建立4缸柴油机活塞、缸套、机体、连杆、曲轴多柔体动力学，热效应和活塞缸套润滑的多物理场耦合模型。摩擦副的描述采用平均Reynolds方程和GT微凸体接触理论建立的混合润滑模型，热效应采用发动机部件和润滑油的热平衡方程建立的传热模型，多柔体系统采用求解效率较高的绝对节点坐标动力学分析列式。通过耦合模型研究活塞缸套的摩擦学和动力学耦合行为，分析燃气爆发压力通过活塞、润滑油膜向缸套和机体的传递特性，为活塞缸套低摩擦低噪声设计提供依据。

光流法是一种可以从各种连续的图像中求解速度场的测量技术。该技术可以求解得到与原始图像具有相同空间分辨率的二维速度场且不需要示踪粒子，因此在燃烧诊断领域具有很好的应用潜力。基于Horn-Schunck光流法亮度守恒和全局光流平滑两个假设，将二维光流测速法拓展为三维光流测速法。为了定量评估三维光流法的精度，基于给定的速度场生成了不同的样本。实验结果表明：当图像中的位移较小时，通过三维光流测速法可以计算得到可靠的三维速度场。而当位移增大时，计算结果的误差也随之增大。为了解决这个问题，选择了一种基于Bootstrap重采样原理的误差估计方法，它能估计图像中每个点的计算结果的误差大小。因此可以用来识别所有点计算结果的可靠性。

舷外机作为一种应用广泛的动力推进装置，因安装在舟、艇尾部艉板处而得名。然而因其竖轴的布置形式和非均匀性做功，容易诱发轴系及齿轮副的疲劳失效甚至断裂。为保证柴油舷外机动力总成的安全可靠运行，首先建立发动机-螺旋桨动力系统轴系非线性动力学模型，从固有频率与共振的角度分析其振动特性。其次，以某型三缸柴油舷外机为例，在专门的试验台架上进行测试，对所建模型比对结果，验证模型的正确性，并结合振动特性给出改进建议。结果表明，整体误差较小，均在6%以内，其中发动机端和螺旋桨端均方根误差值分别为1.42%和0.06%。

在传热领域，热交换器作为保证大功率设备热平衡的重要部件，传统CFD模拟消耗了大量时间和计算资源。本文应用并验证了人工神经网络（Artificial Neural Network）算法，来预测具有不同高度凸起的换热通道的热性能。利用729个不同凸起高度的CFD模拟结果的数据集作为数据阵列，建立一个高精度的机器学习预测模型。结果显示，各种通道的传热系数得到了精确的预测，以ANN为代表的机器学习算法被证明适用于传热领域。此外，本文分析了不同位置凸起对传热系数的影响，结果表明，越靠前的凸起对壁面传热系数影响越大，而通道整体凸起高度均匀性对传热系数的影响也越大。

本研究采用单通道计算模型简化散热器热传递，通过数值模拟比较了10mm标准、2mm高密度和非均匀锯齿翅片。结果表明，翅片长度越小，换热效果越好，但压力损失也增大。然而，非均匀锯齿翅片，采用入口密集和出口稀疏的设计，与原翅片相比，换热量提高了6.63%，压力损失增加了35.1%。当质量流量和加热壁面温度升高时，2mm高密度翅片的压力损失显著增大，而所有设计的换热量变化趋势保持相似。这些发现为优化散热器设计提供了关键指导。

缸盖螺栓的紧固程度将直接影响发动机的可靠性，在不同的拧紧工艺下，螺栓紧固时的预紧力也不同。本文通过Abaqus软件建立缸盖螺栓的有限元模型，研究不同初始扭矩的扭矩转角法对缸盖螺栓最终预紧力影响的规律，通过定义预紧系数z，推导出初始扭矩与拧紧转角的线性关系式，并分析了拧紧转角的大小对螺栓最终预紧力误差的影响。结果表明：螺栓初始扭矩的大小对最终预紧力的影响较小。在螺栓总拧紧角度不变的情况下，螺栓的初始扭矩与拧紧转角成反比。在扭矩转角法的拧紧工艺中，扭矩加载阶段预紧力增值的平均误差值为4.85%，转角加载阶段预紧力增值的平均误差值为4.44%，在总旋转角度不变的情况下，转角加载阶段的拧紧转角每增加5°，螺栓最终预紧力的误差值减小0.016%。

绿色无毒航天推进剂二硝酰胺铵(ADN)在燃烧室内会发生微爆效应，从而使得发动机具有较好的燃烧效率和较低的排放污染物。本文以ADN液滴为研究对象，搭建了挂滴式试验系统，给出了ADN液滴在微爆过程中的形态变化及微爆特性表征参数；在此基础上，开展了环境温度和液滴初始直径对液滴微爆特性的影响规律研究。研究结果表明，ADN液滴微爆延迟时间不会随环境温度的增加而缩短；液滴微爆强度和液滴微爆持续时间均会随着环境温度的不断升高而逐渐减小；液滴微爆持续时间所占液滴生存时间的百分比与环境温度并不存在负相关关系；液滴当量蒸发速率会随着环境温度的升高而不断增加，但增加速率会越来越小；液滴着火时刻会随环境温度的升高而提前。ADN液滴微爆发生的次数与液滴初始直径的相关性不强；微爆过程中液滴的最大直径与液滴初始直径存在正相关关系；液滴微爆延迟时间会随着液滴初始直径的增大而增加；液滴微爆强度、液滴微爆持续时间和液滴当量蒸发速率与液滴初始直径均不存在正相关关系；液滴着火时刻会随着液滴初始直径的增大而不断延迟，但延迟趋势越来越小。通过本文研究，有利于加深对ADN液滴微爆影响因素及其影响规律的理解，从而为实现控制AND液滴微爆过程提供重要依据。

本文通过显微表征、拉伸测试及三维X射线计算机断层扫描成像方法，研究了粉末预研磨工艺对粉末冶金法制备铝铜合金微观组织和力学性能的改善作用，并揭示了该工艺下铝铜合金的断裂行为。结果表明，采用粉末预研磨工艺使铝粉变为盘状，提高了表面铜颗粒的均匀性，促进了铝铜合金晶界上Al2Cu颗粒带的形成。与常规粉末冶金工艺相比，采用粉末预研磨工艺制备铝铜合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率协同提高。此外，该工艺制备的铝铜合金通过微裂纹在Al2Cu颗粒带与铝晶粒的界面塑性区萌生和扩展，在断裂过程中产生了微裂纹增韧效果。

气泡在流体研究中有重要作用，气泡的尺寸是最需要关注的参数，气泡的形状和速度同样是关注的重点。传统的非接触式光学测量手段一般是纹影法，但是这是一种2D测量手段，而且对光照的均匀性要求很高。数字全息技术是一种低成本的可靠的光学测量手段，可以有效测量微米及10纳米以上尺寸气泡的直径、空间位置和速度。实验采用高速水洞作为载体，利用空化器产生气泡，利用三维全息算法获得了流场内气泡的三维数据。基于这些三维数据，可以测量了气泡的三维信息，获得了比较可靠的气泡尺寸分布、位置信息和空间速度分布。

内燃机在进气、压缩和燃烧等工作过程中，内部压力呈现明显的空间不均匀性，为了更好的匹配喷油压力、脉宽，优化内燃机内部流场的混合和燃烧过程，对其内部压力的精确的诊断是不可缺少的。光学诊断技术具有高时间分辨率、高空间分辨率的特点，结合其独特的非侵入式测量特性，非常适合被用来对内燃机内部压力的测量诊断。目前通过光学诊断方法对压力场测量的研究多针对于二维数据，鲜有对三维压力场的测量。面对内燃机内部复杂流场，难以完成全面精准的测量。因此，急需开发一种三维瞬态压力场测量方法，来满足当下的测量需求。本文首先使用三维NS方程和直接积分法建立了三维瞬态压力场测量方法，而后根据已知速度场和压力场的涡结构对该方法进行了模拟验证，模拟验证结果说明了方法的正确性和可靠性。