丙酮-丁醇-乙醇（ABE）和异丙醇-丁醇-乙醇（IBE）是发酵生产丁醇的中间产物，可以被直接用作代用燃料以降低内燃机对石油资源的消耗。为对比三者的喷雾蒸发特性，本文利用定容燃烧弹在不同环境温度和不同环境氧浓度下开展了喷雾可视化试验。结果显示正丁醇、ABE和IBE的贯穿距离、喷雾锥角、喷雾面积随温度升高而减小，随环境氧浓度降低而略微增大。相同条件下，正丁醇的液态贯穿距离略长，IBE次之，ABE略短；正丁醇的喷雾锥角明显大于ABE与IBE，IBE的喷雾锥角略大于ABE为进一步对比正丁醇、ABE和IBE的蒸发速率，利用液滴悬浮技术研究了三者的液滴蒸发过程。结果表明：随温度升高，三种测试燃料的液滴蒸发速率显著升高。总体上ABE的液滴蒸发速率最快，IBE次之，正丁醇最慢。

以单缸柴油机润滑系统为研究对象，采用三维CFD瞬态仿真方法，通过轴承间隙及相关连接油道滑油系统的跨尺度建模、轴心轨迹及连杆油道等复杂平面运动的二次开发，研究主轴承、大端轴承以及连接油道滑油系统在实机运动状态下的轴承压力、气相体积分数分布等规律，预测穴蚀发生区域位于连杆大端轴承并通过试验验证。通过对连杆大端轴承不同转角下微尺度间隙内压力波动以及气相体积分数等流动结构进行研究，结果表明：穴蚀发生主要受轴心轨迹和连接 油道耦合运动规律影响，发生在连杆大端轴瓦下瓦头部中心区域，通过增加油槽孔结构优化方式可以抑制穴蚀。

跨/超临界工况下，碳氢燃料的密度特性对压力与温度非常敏感，常见的SRK、PR、RK-PR等实际气体状态方程在不同热力学条件下计算精度差异很大，不能满足当前对跨/超临界流体物性研究的精度要求，需要应用具备更高精度且易于求解的状态方程以改善密度预测的性能。针对液态碳氢燃料在内燃机实际缸内热力学条件下的密度变化，比较了上述立方型状态方程的密度预测性能，通过比容平移（Volume translation，VT）理论修正状态方程，并将比容平移量规范为温度函数的修正形式。结果表明：经比容平移修正的立方型状态方程，保持立方型状态方程形式简单、求解迅速的同时，密度计算精度显著提高，适用于正庚烷、异辛烷及其混合燃料、缸内混合气的高精度密度预测。

为解决冷起动过程中着火困难、滞燃期长的现象，采用双喷策略改善着火过程。为了探究预喷对主喷着火过程影响机理以及缸内双喷策略优化方案，根据一台8缸v型柴油机建立了Converge仿真模型，在冷起动条件下进行了实验和仿真计算。首先，通过双喷与单喷着火过程对比，得到双喷过程中预喷对主喷着火的促进作用过程；其次，分析了不同喷油间隔下预喷对主喷着火的影响，得到随着喷油间隔增加，主喷着火滞燃期先缩短后增长的规律，并发现预喷核心区域的温度直接影响着火时刻；最后，研究发现随着喷油间隔增加，参与高温反应的燃料量逐渐降低，导致燃烧效率也逐渐降低。

在工作中工程车辆的振动不可避免，而振动强化换热是提高散热器传热效率的有效方法。运用重叠网格技术对波纹翅片振动模型进行数值模拟，采用正交实验法研究在振动条件下翅片的结构参数对换热器性能的影响，并选取最优结构参数组合将其与无振动情况进行对比。结果表明振动使波纹翅片结构因子对换热性能的影响产生了变化，振动时翅片高度和翅片波长敏感性增加，节距和波幅的敏感性降低。翅片的结构参数主要通过改变换热面积，破坏边界层增加扰流，改变流速的方法来提高传热性能。其中4Hz，5mm的振动使j因子最大增加12.1%，f因子减少8.6%。研究结果可以为波纹翅片换热性能的研究提供一定指导。

机体结构复杂、壁厚不均，是柴油机上十分重要的零件之一。利用热力学计算和铸造仿真，对比研究了铝硅和铝铜合金柴油机机体的铸造过程，旨在为铝铜合金柴油机机体制造工艺的制定与优化提供借鉴，为柴油机功率密度的进一步提升奠定零件基础。结果表明，ZL205A合金Cu含量增加，固相线温度降低的程度大于液相线温度降低的程度，凝固区间增加，增加0.1wt%的Cu，凝固温度区间增加约1℃，流动性变差。在利用铸造铝铜合金代替铸造铝硅合金铸造机体时，可适当降低Cu含量，提高浇注温度缩短浇注时间，并合理设计冒口位置和尺寸，使铸件得到有效补缩。

采用试验表征和增材制造过程数值模拟相结合的手段，表征及解析GH4169/RuT350双金属增材制造缺陷形成原因。光学显微镜表征双金属结合界面的形貌；离散单元法建立粉末床模型，对不同工艺参数下的双金属增材制造过程进行数值模拟，通过分析温度场、流场揭示其缺陷形成机理。研究表明：线能量密度影响了熔池吸收能量和热量传递，导致不同工艺参数下熔池的深度产生差异，而影响熔宽的主要是扫描间距；扫描速度是影响熔池流场的主要因素，扫描速度快，流场变化剧烈，更易将气体卷入进熔池中，过快的扫描速度同时会减少熔池的寿命，使得熔池内气体来不及逃逸，增加成型后的孔隙率；较低的扫描速度使熔池的寿命增加，铸铁内高熔点的碳未完全熔化，随着熔体的流动从熔池底部逸出凝固在熔池内；仿真结果表明线能量密度低的试样熔池内气体体积分数略高于线能量密度高的试样熔池内的气体体积分数，与试验测得孔隙率的结果相近。

为确定多次喷射下共轨喷油器结构参数对后喷油量波动的敏感程度，选择最优的敏感结构参数评价方法，以及在不同工况下各参数敏感程度的变化情况，基于AMESim建立了共轨喷油器仿真模型，在轨压100MPa下验证了模型正确性；然后，利用LSA、SI、SA、元效应方法、P值方法对共轨结构参数敏感性进行评价，确定了P值评价方法准确度最高，在轨压150MPa、主-后喷射间隔2000μs工况下，参数敏感性大小顺序为电磁阀弹簧预紧力、进油节流孔直径、针阀直径、出油节流孔直径、电磁阀球阀升程、针阀弹簧预紧力、针阀最大升程；最后，基于P值评价方法，在不同主-后喷射间隔与轨压下研究各参数敏感程度变化，结果表明，随主-后喷射间隔增加，电磁阀球阀升程、针阀最大升程、出油节流孔直径的敏感程度增加，针阀弹簧预紧力在主-后喷射间隔时间变化范围内均为不敏感参数，随着轨压增大，电磁阀球阀升程的敏感程度增加，针阀最大升程与针阀弹簧预紧力的敏感程度降低。

内燃机

自由活塞内燃发电装置具有高的能量转化效率，高的功率密度，而其活塞动子的位置检测是系统高效运行及控制的关键。本文将自由活塞直线发电机中的永磁直线同步电机作为无传感器位置观测的研究切入点。提出了一种基于龙伯格状态观测器的永磁直线同步电机的位置观测方法。该方法以双闭环矢量控制系统为基础，由龙伯格观测估测出电机的反电动势，再将反电动势作为锁相环输入，最终解算出电机的速度/位置信息。并对该方法进行稳定性分析。仿真结果表明，该方法可辨识出系统动子的速度和位置，稳定运行时辨识误差不超过0.02m。采用该方法能够实现自由活塞直线发电机无传感器下高精度位置辨识，