针对高背压柴油特殊工作环境，对高背压柴油机缸内燃烧情况开展CFD数值计算分析。首先，对三维CFD模型进行验证，然后研究不同背压条件下柴油机性能趋势及背压对缸内燃烧的影响，研究表明，随背压升高，做功部分能量占比由37%降低到31.4%，不完全燃烧导致的能量损失从17.6%增加到27.2%，背压增加对传热损失影响较小；最后，从油耗最优、排放最优角度对当前机型进行优化分析。研究结果可为进一步的系统分析及工程改进提供指导。

空气辅助燃油喷射系统可应用于航空活塞发动机以解决重油的雾化问题。然而，尽管缸内空气辅助喷雾特性对空气辅助喷射发动机的性能有显著影响，但与其相关的研究却很少。本文提出了一种改进的、基于ANSYS FLUENT的空气辅助喷雾模拟方法以预测空气辅助喷雾发展过程中喷雾特性的变化，与先前的仿真相比，本文的仿真在时间及空间上进行了扩展，并且给出了更精确的边界条件，欧拉-拉格朗日方法被用于描述喷雾的两相流动，动网格模型被用于模拟喷油器针阀的运动。通过将仿真结果与实验结果在喷雾形态、喷雾体积、喷雾贯穿距离、喷雾液滴尺寸空间分布及整体索特平均直径方面进行比较，验证了所提出方法的有效性。此外，本文还对一些典型的仿真结果进行了分析。仿真结果表明，空气辅助喷嘴的预混腔压力在预设的油气混合物喷射压力附近振荡。喷嘴针阀下方存在着由气体粘性力驱动的涡流，这些涡流会加速其周围燃油液滴的蒸发。气化的燃油集中在喷嘴针阀下方的涡流区域，并且不断向外扩展。平均燃油液滴速度先增加然后减少。本文提出的仿真方法可用于研究缸内空气辅助喷雾特性，这有助于空气辅助喷射发动机的燃油喷射参数优化和燃烧室设计。

为研究废气重整再循环（Reformed Exhaust Gas Recirculation，REGR）技术对天然气发动机燃烧特性的调控机制，开展富氢重整气添加对点燃式天然气发动机缸内燃烧过程影响的模拟研究。结果表明，增大重整气添加率（REGR率），燃烧持续期略有缩短，缸内平均压力峰值基本一致，在4%~12%范围内增大REGR率会使燃料着火时刻提前，而REGR率过大则会导致缸内燃烧过程恶化；增大过量空气系数会使放热率峰值和缸内平均压力峰值降低，CA 5与CA 50时刻滞后。在此基础上，从动力学角度进一步解析REGR率对天然气发动机缸内燃料燃烧反应过程的影响。结果表明，火焰面区域与已燃区域缸内甲烷消耗路径基本相同（其主要消耗路径为CH4→CH3→CH2O→HCO→CO→CO2），而已燃区域各反应中O与O2参与占比显著减小。随REGR率增大，OH自由基参与CH4消耗反应占比增大，通过加快基元反应速率进而影响火焰传播速率，使燃烧相位提前，可在一定程度上降低未燃HC排放。

建立一个精确的一维仿真模型以模拟航空活塞发动机的实际工作状态，对于缩短发动机的开发周期、节约研发成本具有重要意义。本文提出了一种基于发动机试验结果的高精度一维建模方法。首先根据实际发动机的结构参数建立一维模型，并设计相应的试验台架（包括试验装置和试验方案），对模型进行标定和验证。通过仿真结果与试验结果的对比，对缸内过程的气动参数和热力学参数进行校准，根据仿真结果的变化趋势，推导出各参数的合理取值范围。对影响发动机性能的敏感因素进行分析，确定标定趋势和参数的最终取值。该方法对有效提高航空活塞发动机的一维建模精度具有重要意义，可以在低成本的前提下，为发动机的高可靠性结构设计和结构优化提供指导。

为了实现在压燃式发动机上的甲醇高替代率应用，提出了柴油引燃甲醇双直喷扩散燃烧模式，在一台改造的单缸自然吸气186FA柴油机上进行了可行性试验研究。研究结果表明：相比于D模式，DM模式的放热率型线近似梯形，具有高燃烧速率持续放热的特点，且其高放热率值与喷射速率正相关。而由于柴油滞燃期的存在，传统柴油模式的预混合压燃放热造成较高的放热率峰值，且后期的尾燃也相对较长；DM模式存在一个最佳的引燃和主燃的间隔角度。间隔过大，引燃与主燃无法衔接，做功能力降低；间隔过小，甲醇对引燃柴油的燃烧有抑制作用，燃烧性能下降。本文的最佳间隔是4°CA；主喷甲醇的喷射压力的增加，缸压随之逐步提升，主燃期的放热率也是逐步提高，预混合燃烧能量占比越来越多，燃烧持续期逐渐缩短，热指示油耗率也随之逐步降低；DM模式的NOx排放明显低于D模式和DD模式，大约是降低50%左右，且NO2排放占比约达30%。DM模式的soot排放近乎为零。

随着柴油机强化程度的提高，燃料发生超临界的概率大幅增加，而超临界对油气混合的作用并不明确。本文通过数值模拟对比分析液滴蒸发混合和超临界“气团”扩散混合的油气混合特性，剖析了不同初始速度以及宏观流场速度下，液滴蒸发混合和超临界“气团”扩散混合的浓度场与空气利用能力。结果表明：超临界“气团”扩散混合形成混合气的能力远大于液滴蒸发混合，但其空气利用能力远不及液滴蒸发混合。提高初始动能对液滴蒸发混合方式的空气利用能力的提升显著，而对超临界“气团”扩散混合空气利用能力的提升作用十分有限。宏观气流运动的携带作用下，超临界“气团”扩散混合的空气利用能力优于液滴蒸发混合。

目前有不同的途径来验证曲轴疲劳强度，如使用0-峰值的框架式疲劳试验机，使用峰峰值的全反力共振的振动台，康明斯推荐使用小的振动台来施加峰峰值全反力的方式，由于康明斯东亚6吨振动台动圈为80公斤，如果按照以前的方式来做会产生系统耦合共振，这会导致更长的测试时间及低的信噪比，系统的控制精度较差，本文介绍系统解耦技术用于6吨振动台来完成曲轴的弯曲疲劳试验。

基于WAVE软件由一维发动机模型生成零维模型，并在虚拟标定台架上进行了稳态和瞬态阶跃试验，研究了零维模型的瞬态响应特征，揭示了模型结构差异对标定结果与算法的影响。基于SHERPA算法进行优化标定，并根据解集质量评价体系进行了收敛性与分布性的研究。研究结果表明：基于此标定流程建立的零维模型具有较高的实时性和计算精度，具有在转化效率和物理可解释性上的显著优势；基于零维模型建立的硬件在环仿真系统具备进行控制策略验证的能力；该算法优化后的发动机模型具备有较高的预测精度，能够对各项性能进行良好的折衰。

基于定容燃烧弹实验平台，研究了湍流环境下射流压力、湍流强度和环境背压对气体燃料高压射流特性的影响。结果表明，湍流强度越大，对射流顶端的轴向发展促进作用越强。湍流促进了射流边界的径向上的扩散作用与混合作用，加速了射流边界处的涡团不断合并、破碎的过程，对周围介质气体产生卷吸作用增强，有利于射流内燃料空气的混合，湍流强度越大，近场锥角和远场锥角越大，过量空气系数越大。湍流强度越大，射流体积越大。

将燃烧相位适当提前能够有效地提升柴油机的热效率，但这会引起过大的缸内压力升高，从而增加燃烧噪声和压力振荡强度。因此在燃烧相位提前时，对柴油机振动噪声的优化尤为关键。随着高压共轨技术的发展，采用灵活的靴形喷油策略能够精确控制柴油机的燃烧过程从而影响其性能。前人的研究已经证明靴形喷射对于车用柴油机减振降噪的巨大潜力。但考虑到喷射条件以及缸内燃烧环境的不同，靴形喷射在车用柴油机中的优化规律很难完全适用于船用中速柴油机。因此，本文利用GT-Power构建一维船用中速机仿真模型，结合DOE（Design of Experiment）和多目标优化方法，重点研究不同负荷/转速条件下，当燃烧相位提前时，靴形喷射形状参数对船用中速机振动噪声的影响。同时探究能够实现船机高热效率与低振动噪声的靴形喷射优化策略，并讨论与车机优化策略的不同。