基于燃烧可视化发动机试验平台，研究了纳米气泡浓度对纳米尺度泡状流柴油燃烧过程及碳烟生成历程的影响。通过高速摄影技术获取发动机燃烧火焰图像，并利用双色法解析获得火焰温度场及KL因子场分布，结合发动机燃烧特性参数对燃烧火焰发展过程及碳烟生成历程进行分析。研究表明，随气泡浓度的增加，燃料燃烧滞燃期缩短，燃烧持续期缩短，燃烧重心提前，纳米气泡浓度的提升有助于改善燃料的着火性能；不同浓度纳米气泡柴油均可使燃烧火焰面积减小，综合自然发光度减小，燃烧平均温度降低，火焰燃烧温度梯度降低，KL因子降低，纳米气泡的加入对改善火焰温度场分布、抑制碳烟排放具有积极的作用。

基于一台缸内直喷氢内燃机三维模型，开展了当量比和点火时刻对缸内直喷氢内燃机燃烧与排放的影响研究。研究结果表明：随着当量比的增大，缸压峰值从6.9 MPa增加到10.5 MPa，缸压峰值相位从18 °CA ATDC 提前到了12.5 °CA ATDC；混合气分布更加均匀，且浓混合气区域面积增加，分布在火花塞附近以及气缸四周靠近缸壁的余隙中，上述浓混合气区域也造成了燃烧的高温区域；此外，随着当量比的增大，燃烧速度加快，燃烧温度升高，缸内平均温度从1800 K升高到了2100 K, 导致了NOx排放增加。随着点火时刻的提前，缸压峰值从7.9 MPa 增加到9.3 MPa，缸压峰值相位从18.5 °CA ATDC 提前到14 °CA ATDC；燃烧高温区主要分布在火花塞附近；此外，随着点火时刻的提前，缸内平均温度从1900 K上升到2050 K，导致了NOx排放增加。研究结果有助于优化直喷氢内燃机性能并对降低NOx排放提供理论指导。

降怠速（Drop-to-Idle）再生工况作为DPF再生过程中非受控再生因素之一，是DPF最容易发生失效甚至烧毁的阶段。为确保DPF可以安全可靠的进行再生反应，基于AVL—FIRE数值仿真软件，建立DPF主动再生反应模型。研究在降怠速再生期间其温度场分布情况以及不同海拔高度下怠速流量、再生温度以及怠速时机对DPF峰值温度及剩余微粒沉积量的影响规律。结果表明:DPF载体内部温度最高点出现在中轴线出口位置处。且随着海拔高度的提升，降怠速工况下再生对DPF峰值温度的影响及DPF再生效率均有一定程度的下降。

基于广义回归神经网络对柴油机NOx排放过程进行建模研究，基于最大信息系数对柴油机运行参数与柴油机NOx排放相关性进行分析，筛选与柴油机NOx排放相关性较高的参数进行基于广义回归神经网络的柴油机NOx原排预测模型建模，分析对比不同建模参数条件下柴油机NOx原排预测模型的性能，结果表明基于广义回归神经网络的柴油机NOx原排预测模型能够在仅考虑较少信息的情况下实现柴油机NOx原排预测，预测结果可作为柴油机后处理系统尿素控制策略提供参考并提高后处理系统性能。

本文针对氢能在现能源变革中的地位、发展趋势及应用进行了分析，重要论述了缸内直喷氢气发动机的开发关键技术和该样机的性能表现，对氢气发动机的燃烧特点等进行了阐述。稀薄燃烧可以通过降低泵气损失大幅提升热效率，并且可以有效降低NOx排放，做到近零排放。氢气发动机爆震倾向弱，可以通过提升压缩比来提高热效率。并通过试验指出了氢气发动机机油乳化和喷氢系统可靠性优化的方向，有重要的指导意义。

在一台快速压缩-膨胀机上试验研究了过量空气系数对柴油引燃柴油过程中的燃烧和火焰特征的影响。结果表明，在柴油氢气双燃料模式燃烧模式下，过量空气系数的增大会引起燃烧相位的先提前再推迟和最大压力升高率的先升高后降低。在过量空气系数较低的30%氢气替代率条件下，柴油预混程度降低，最大压力升高率较高。为了保证较高的爆压需要较低的过量空气系数。在过量空气系数为2.5时的柴油引燃氢气的滞燃期最短且燃烧呈现两阶段放热特征。随着过量空气系数的降低，火焰亮度逐渐增大，较低的过量空气系数有利于提高燃烧热效率。

本文提出了一种串联混合动力汽车余热回收系统，通过GT-suite软件对其进行建模和仿真，以评估该系统的性能和效果。该研究旨在系统的能效和燃油经济性。在该仿真研究中，对串联混合动力余热回收系统进行建模，包括发动机、电机、电池等关键组件。通过在NEDC工况下的仿真运行，获得了系统的油耗和能量分布情况。可以观察到大多数工况点都分布在低油耗区域，说明余热回收系统使得发动机能够稳定运行在最佳经济区，从而提高了系统的效率和燃料经济性。此外，对系统中电机输出功率和电池SOC的变化趋势进行了模拟分析，电机输出功率的控制和电池SOC的维持对于系统的性能非常重要。最后，对比了串联混合动力系统和串联混合动力余热回收系统的总油耗，串联混合动力汽车余热回收系统相比串联混合动力系统具有具有更高的节能潜力。这项基于GT-suite的串联混合动力汽车余热回收系统仿真研究为提高汽车能效和燃料经济性提供了有力支持。

本文围绕预燃室辅助点燃和双燃料压燃两种氨燃料发动机燃烧模式开展了深入的仿真对比研究。为了在三维燃烧模拟中精确地描述氨-柴油和氨-氢气的燃烧过程，作者基于解耦法提出了一个包含有74个组分和490个反应的氨-正庚烷简化动力学机理，并结合文献中的基础燃烧数据对该机理进行了广泛验证。为促进氨-空气混合气的燃烧，在预燃室辅助点燃模式中，微量的氢气作为辅助燃料被喷入预燃室以促进高速射流火焰的产生；在氨-柴油双燃料压燃模式中，较高能量比的柴油以缸内直喷的方式被用来引燃氨-空气的预混合气。仿真结果表明，稍窄喉径的预燃室能够产生最高的指示热效率。尽管提高氢气能量比进一步有效地促进射流火焰的生成并使主燃烧相位提前，但其后期在压缩区燃烧速度的降低造成了较高的排气和燃烧损失。此外，采用平顶燃烧室导致了较短的射流火焰贯穿距和较早的火焰撞壁，因而其燃烧持续期较长而热效率最低。另一方面，氨-柴油双燃料压燃模式也表现出了实现高热效率的潜力。通过优化柴油直喷时刻、喷雾包角、喷射压力和涡流比，燃烧效率和热效率得到了显著的提升。然而，由于双燃料模式必须采用较高的柴油替代比来降低燃烧损失并提高燃油经济性，因而其二氧化碳排放始终高于氨-氢预燃室辅助点燃模式。

基于定容燃烧弹（CVCC）搭建可视化实验平台，采用火焰自然发光法和阴影法拍摄图像，结合压力分析，开展主动点火室氢气射流引燃氨-空气预混合气燃烧特性的实验研究。结果表明，使用主动点火室并向其中喷射氢气实现射流点火明显加快了氨预混合气的燃烧速率并拓宽了稀燃极限。光学图像显示出三级点火和两级燃烧过程。与射流引燃氨-甲烷混合气和射流引燃氨混合气这两种点火模式相比，主动点火室氢气射流点火模式具有最短的点火延迟和十分稳定的燃烧。当量比0.9和当量比1.0条件下的燃烧特性相似，考虑稀薄燃烧，认为0.9为最佳当量比。

针对气态氨喷射模型构建的相关瓶颈问题，采用拉格朗日粒子追踪法，在开源计算平台OpenFOAM中将气体喷射过程近似化处理为液体喷射过程，在现有液体燃料库中添加气氨，并对热物理参数库、热物理函数库和蒸发模型加以编译修正，实现了不同压比下气氨直喷的数值模拟研究。同时，结合高速纹影法开展了气氨直喷特性试验研究，获取氨射流的形态和射流贯穿距结果。结果表明，基于模型预测的氨射流形态结构与试验结果相似。此外，该模型可对氨射流贯穿距及其发展趋势进行准确预测。上述工作表明，该气氨喷射模型具有较好的应用性，可为深入理解气氨射流特性提供理论支撑。