以非道路高压共轨柴油机干式缸套为研究对象，采用仿真与测试结合的方法，在热态、热态预紧、热态预紧过盈、热机耦合和热机耦合过盈工况下对比研究了载荷变化对缸套综合变形特征影响规律，研究了不同缸套变形特征对活塞-缸套摩擦副的机油消耗量、窜气量及摩擦损失的影响规律。研究结果表明，在热态工况下，摩擦损失功最大，为1.09kW；在热态预紧工况下，机油耗最大，为4.29g/h；在热态预紧过盈工况下，窜气量最大，为15.71L/min。在热态工况下施加预紧力，摩擦损失功减小，机油耗和窜气量增大，继续施加缸套过盈载荷，摩擦损失功和窜气量增大，机油耗减小；在热机耦合工况下施加缸套过盈载荷，摩擦损失功、机油耗和窜气量均增大。

低温壁面条件下的高雷诺数液滴撞壁现象是导致飞机机翼结冰、电线覆冰和内燃机冷启动恶化的关键因素之一。本文选择正十二烷为试验液体，利用高速阴影法对正十二烷撞击不同温度铝板的破碎及铺展特性进行系统研究。实验结果表明：在壁面温度为20℃～-40℃区间内，壁面温度对破碎形态、二次液滴特征和铺展过程产生重大影响，液滴飞溅阈值及液膜最大铺展系数也随着壁面温度降低而不断减小。现有低温壁面液滴撞壁过程的研究集中在低速入射条件下的结冰特征，缺少对于液滴破碎过程和液膜铺展机理的系统研究。本文为丰富当前撞壁模型的研究和提高冷启动的成功率，使用柴油的主要替代成分正十二烷对低温壁面液滴的破碎和铺展过程进行了研究。

为提高柴油转子发动机的燃烧效率，研究了柴油喷射策略对缸内燃烧过程的影响。此外，考虑到转子发动机在实际工作过程中难以避免的径向泄漏，建立了一种考虑径向泄漏的周边进气转子发动机三维动态计算模型。结合该计算模型，研究了柴油喷射时刻和喷射持续期对燃料分布及燃烧过程的影响。结果表明：当喷射时刻为80°CA BTDC，喷射持续期为50°CA，可获得较好的燃烧效率和排放特性。与原方案相比，缸内峰值压力提升了11.38%，Soot和CO生成量分别降低了78.71%和92.72%，NOx和CO2生成量有所增加。

通过对多物理场耦合的三维阴极开放式质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池模型进行仿真计算，分析阴极流道结构设计对电池内部水热及电流传导特性的影响。对阴极采用直型流道设计的单电池进行研究，发现阴极开放式PEMFC内部的温度、湿度和电流密度分布与阴极流道结构有关，电池内部水热不均匀分布是导致膜内电流密度分布不均匀的主要原因。通过优化阴极流道结构，改变了流道内气体流动速度及脊下面积，计算结果表明渐扩型和渐缩型流道设计的电池输出性能均有所提升，同时渐扩型流道设计表现出了更均匀的水分布与电流密度分布。

以非道路高压共轨柴油机湿式缸套为研究对象，搭建了电涡流法缸套动态变形测试系统，开发了数据采集软件，探索了电涡流法的缸套动态变形测试方法，在自由状态、预紧状态、电机拖转和热机怠速工况下研究了缸套4个特征线方向的轴向变形规律。研究结果表明，在多种关键技术的支撑下，基于电涡流法的缸套动态变形测试方法在冷态和低转速热态的工况下均可行。在预紧、拖转和怠速三种工况下，缸套最大变形均出现在距离缸套顶面24.5mm处。预紧工况下最大变形出现在0°特征线方向上，为36.53μm的膨胀变形；电机拖转工况下最大变形出现在90°特征线方向上，为110.85μm的收缩变形；热机怠速工况下最大变形出现在270°特征线处，为143.43μm的膨胀变形。

为实现对燃烧过程更为全面和精细化的评价，以指导更为高效的燃烧组织设计，开展了缸内燃烧过程内窥式可视化测试技术研究。研究针对船用柴油机，在单缸平台上进行了相应的光路设计与对中结构设计，通过定制化的带倾角的内窥式探头实现了对缸内任意角度下的燃烧过程的高速拍摄，并获得不同工况基于曲轴转角的缸内燃烧过程及火焰分布彩色图像。通过双色法处理获得了瞬态温度场及碳烟场数据，通过火焰轮廓提取获得了火焰传播速度与火焰面积等火焰发展参数。结果表明内窥式可视化测试技术可有效获取船用柴油机缸内燃烧过程可视化图像，结合图像处理技术可用于分析评估缸内的燃烧特性。

以某非道路高压共轨柴油机为研究对象，采用仿真和测试相结合的方法，建立了整机耦合装配模型与活塞环组动力学模型，研究了干式缸套的失圆变形，在考虑缸套失圆变形的基础上，研究活塞环结构参数对窜气量、机油消耗量和摩擦损失的影响，并通过正交设计方法进行了活塞环径向弹力、开口间隙和侧向间隙对窜气量、机油消耗和摩擦损失的影响研究。研究结果表明，窜气量受二环径向弹力、二环开口间隙和顶环侧向间隙影响最大；机油消耗量受油环径向弹力、二环开口间隙和顶环侧向间隙影响最大；摩擦损失受油环径向弹力、油环开口间隙和油环侧向间隙影响最大。

采用高活性柴油引燃氨是实现氨燃料发动机稳定运行的方法之一。本文将氨机理和NOx机理和正庚烷机理整合并简化得到了正庚烷/氨双燃料机理，包括87个组分和588种反应，并通过激波管、射流搅拌反应器、流动反应器和发动机的实验数据对该机理进行了验证。利用同位素标记方法模拟了NH3和N2对NO的影响。结果表明:当温度高于1800 K时，N2对NO的贡献随着温度的升高而增加，尤其是在当量比较低的情况下;HNO分解、HNO与H反应、HNO与O2反应等途径使HNO在NO生成过程中起重要作用。NO的消耗主要通过NH2、NH和N的对NO的还原，其中NH2作用最大。随着温度的升高，NH和N对NO消耗的贡献率增加。

利用一台高压直喷米勒循环氢气发动机，通过调节氢气喷射参数，试验研究了稀薄燃烧模式下发动机燃用氢气时燃烧特性，并进一步探索了喷射参数对氢气发动机早燃特性的影响规律。研究结果表明，不同负荷工况下，采用稀薄燃烧的方式，增大空气稀释率，能够有效提升氢气发动机热效率水平，但在中高负荷工况下，由于氢气异常燃烧的限制，燃烧相位相对较为推迟。为保证氢气发动机燃烧稳定性，在稀薄燃烧模式下，提前喷氢能够形成更为均质的混合气，缸内均质度提升，有效利用空气稀释降低爆震和早燃倾向，试验所选工况条件下，当喷氢结束时刻为-66°CA ATDC时，发动机有效热效率可达43.5%。若过分推迟喷氢时刻，由于缸内压力与喷射压力压差缩小，氢气的实际喷射量减少，不利于保证发动机负荷水平。

在一台高压直喷米勒循环氢气发动机上试验研究了发动机燃用氢气时燃烧与排放特性。结合超稀薄燃烧模式，进一步探索氢气发动机热效率提升潜力，同时研究分析了实现氢气发动机超低氮氧化物排放的技术路径。研究结果表明，小负荷工况下燃用氢气燃料能够改善发动机燃烧稳定性，但在大负荷工况下氢气发动机对爆震较为敏感。采用稀薄燃烧方式可进一步提升氢气发动机有效热效率水平。在2500 r/min，BMEP = 0.8 MPa工况条件下，lambda(过量空气系数)由1.0增大至3.0时，热效率值增幅可达30%，NOx排放降幅可达约98%，且当负荷进一步提升至BMEP = 1.1 MPa时，热效率可达到43.0%。