液滴撞击高温壁面现象普遍存在于日常生活及工业活动中，探究液滴撞击高温壁面后运动形态及运动特性，有利于加深对液滴撞壁运动规律的理解，从而为实现控制液滴撞壁过程提供重要依据。本文以亚毫米级液滴为研究对象，搭建了一套亚毫米级液滴碰撞高温壁面实验平台，分别针对不同直径、不同速度以及不同物性的单液滴撞击高温壁面的运动特性进行实验研究。结果表明，不同尺寸(64~1040μm)和不同速度(0.04~4.76m/s)的亚毫米级无水乙醇液滴撞击高温壁面后主要以“反弹”和“破碎”运动为主；反弹运动中，液滴初始直径增加不利于液滴反弹，液滴初始撞壁速度增加有利于液滴反弹；破碎运动中，液滴初始直径和液滴初始撞壁速度的增加均有利于液滴破碎。不同物性液滴以相同条件撞击280℃高温壁面时会出现不同现象：无水乙醇液滴会出现“反弹”和“破碎”，柴油液滴会出现“铺展-收缩-铺展”和“破碎”，二硝酰胺铵液滴则会出现“反弹”、“沸腾飞溅”及“破碎”现象。

在一台共轨发动机上增设一套甲醇喷射系统，实现了甲醇/柴油双燃料燃烧模式，研究了不同氨氮比(m(NH3)/m(NOx))下发动机NOx和N2O排放特性。采用Fluent软件分析了m(NH3)/m(NOx)对后处理系统性能的影响。结果表明，在25%负荷时，随着m(NH3)/m(NOx)增高，两种模式下NOx转换效率均呈现先增高后降低的趋势，在m(NH3)/m(NOx)为1.2时，两种模式下的NOx转换效率均达到最高值，分别为54.39%与61.86%。在100%负荷工况下，m(NH3)/m(NOx)为1.4时，NOx平均转换效率有最高值99.51%。但此时，纯柴油模式下的N2O排放达到了原机的40.76倍，双燃料模式下也达到了原机的12.11倍。随着m(NH3)/m(NOx)升高：SCR前尿素分解率降低，总尿素分解率出现饱和点；NH3与HNCO分布均匀性受m(NH3)/m(NOx)影响较小；随着m(NH3)/m(NOx)升高，NOx转换效率增大，NH3泄漏量大幅增高。

为了揭示氨燃料的添加对氨/柴油双燃料（ADDF）发动机缸内燃烧过程与排放特性的影响规律，在低负荷工况下，针对不同氨能量分数进行试验。结果表明：氨的燃烧特性较差，对柴油着火具有抑制作用，随着氨能量分数的增加，双燃料燃烧滞后，滞燃期与燃烧持续期显著增加；氨能量分数为60%时，缸内燃烧恶化，指示平均有效压力仅为纯柴油燃烧模式的31.2%；同时氨燃料的引入降低了缸内燃烧温度，CO、HC与未燃氨排放增加，掺入氨燃料后CO2排放水平明显降低，相较于纯柴油燃烧，氨能量分数为60%时，可减少50.2%的CO2排放，然而却增加了N2O的排放，这抵消了氨燃料的减碳效果；不完全燃烧是限制低负荷工况下发动机热效率提高的主要因素，氨能量分数从0增加至60%时，ADDF发动机的热效率从30.2%降低至26.1%。

随着能源与环境问题的日益突出，可再生替代燃料的使用将会是一个趋势。然而在实际应用过程中，醇类燃料的高汽化潜热和低十六烷值等特性会在很大程度上影响燃料的雾化蒸发以及燃烧性能。利用热障涂层的隔热作用可以抵消醇类所带来的影响。本文在一台增压内燃机上对比分析了热障涂层与掺混燃料对发动机燃烧性能的影响。试验结果表明，丙醇的加入延长了滞燃期并缩短了燃烧持续期，同时热障涂层的使用将一定程度抵消丙醇类带来的影响。掺混燃料延长滞燃期后会加强预混合燃烧，进而提高发动机热效率，但会使得碳烟排放增加。热障涂层的隔热作用将进一步强化燃料的雾化蒸发和燃烧效率，使得热效率进一步提高并降低碳烟排放。

本研究耦合试验数据和甲醇/柴油复合燃烧反应机理构建了数值仿真平台，针对甲醇单段和双段喷射策略下船用发动机甲醇/柴油双燃料直接喷射模式进行了探究。研究结果表明：甲醇单段喷射策略下甲醇早于柴油喷射时预混合燃烧剧烈导致发动机燃烧振动程度增加，甲醇晚于柴油0.8DD-1.6DD（柴油喷射持续期）喷射时发动机经济性和燃烧振动表现相对较好，同时具有较好的排放性能。为实现更高的燃烧热效率和燃油经济性，两段甲醇喷射策略下的甲醇/柴油缸内双直喷策略趋向于采用更高的甲醇预喷比例MR1，但高MR1容易造成早期燃烧失火需要配合更大的两段甲醇喷射间隔MMI。相对于优化后的甲醇单段喷射方案（MDI=-1.2DD，EISFC=174.4 g/kW·h，Ri=4.71 MW/m2），在50%甲醇预喷比例下，优化甲醇两段喷射策略使等效燃油消耗率EISFC降低了3.95%，在维持可接受的燃烧振动强度下具备更佳的经济性表现。

选取一辆最大设计总质量25000kg的自卸车，采用发动机在环的方法，结合进排气模拟海拔试验室，构建了整车模型、道路模型和驾驶员模型，研究了空载和40%载荷在0m、800m和1600m海拔条件下的污染物和二氧化碳（CO2）的实际道路排放特性，结果表明发动机在环的方法能够定性且定量分析出海拔对实际道路排放的影响。CO和THC的排放随着海拔升高呈现先降低后升高的趋势，PN排放随着海拔升高呈现先急剧升高后稍微降低的趋势。NOx排放随海拔的变化规律不明显。在不同的海拔条件下，CO2和THC的比排放随着载荷增加而降低，PN和CO的比排放随着载荷增加而增加，但NOx排放随载荷的变化规律不明显。除了跟排气温度强相关外，NOx排放的峰值跟坡度和车辆加速有较大的关联性。冷启动增加了CO2和污染物的比排放，尤其是对于PN和CO。

文章针对一台国六重型柴油机，建立了进气系统全模型和部分模型，仿真计算柴油机各缸废气再循环（exhaust gas recirculation，EGR）率均匀性。根据前期仿真计算的评估结果，采用废气与新鲜空气提前混合对EGR混合均匀性有好处。结合台架试验，从万有特性中选出低负荷、高EGR率和高负荷、低EGR率两个典型工况，进行各缸EGR率测试。试验结果表明，提前将废气和新鲜空气混合对各缸EGR率均匀性有明显改善，和仿真结果基本一致。

船舶尾气经湿法脱硫后变成饱和湿烟气，遇到冷空气极易形成白色烟羽，造成视觉污染。本文基于温湿图切线模型，采用直接加热法、空气加热混合法和冷凝法对20~30℃且相对湿度为80%的船舶烟气进行了消白设计，对于经湿法脱硫后30℃的烟气，空气加热混合法所需临界温升为直接加热法的49%，空气加热混合法工艺较简单，经济性更好。针对本文使用空气加热混合法为某船舶主机设计的除白烟系统方案，加装混合器可使烟气和空气混合更加均匀，通过CFD计算，在7.6%理想空气当量比下，混合器可使换热效率由4%提升至62%，13.7%的空气当量比是经济性较好的设计点，换热效率可达90%。

为突破氨在发动机中的燃烧局限性，促进氨燃料高效快速燃烧，提出了一种利用氢气射流火焰点燃氨燃料的方案。通过向主动式预燃室供给氢气，进气道内预混氨/氢燃料，实现氨在大缸径船用发动机上的稳定高效燃烧。基于数值模拟计算方法，探究了进气温度、掺氢比例和主燃室当量比对氨氢燃料着火特性的影响。研究表明，射流火焰可以在主燃烧室形成燃烧所需的温度条件和高活性热射流。在当量比为0.4，不掺混氢气的条件下，450K进气温度可以实现氨燃料发动机的稀薄燃烧，在掺氢比例较低时，射流点火对火焰发展作用更显著；提高掺氢比到10％可以使燃烧相位提前18°CA，但爆震风险增加；在320K进气温度和2.5％掺氢比条件下，主燃室在当量比最小为0.45的情况下正常着火，但随着更接近当量比的燃烧，指示热效率略有提升，主动预燃室氢射流点火的燃烧模式在实现氨发动机高效快速燃烧方面具有良好的潜力。

氢气由于其零污染，宽可燃极限等优点被公认为理想的内燃机替代燃料。缸内直喷的方式可以抑制回火，改善氢内燃机的性能和排放，但是喷射策略的优化比较复杂，因此利用CONVERGE软件进行数值模拟。从传质和流动状态角度分析了喷氢定时和燃烧室形状对混合气形成的影响。首先利用纹影试验拍摄了氢气射流发展图像并与仿真喷射过程进行了对比验证，证明了氢气仿真结果可以很好地预测氢气射流的发展。随后建立氢内燃机的几何模型进行数值模拟，研究缸内混合气形成过程。结果表明：孔数较多时，间距较小的射流之间由于康达效应阻碍了氢气的扩散，一定程度上抑制了与空气的混合。合理选择喷氢定时，利用燃烧室形状合理组织缸内流动可以显著提高缸内混合气的均匀性，且降低异常燃烧现象发生可能性。