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。

数字孪生是实现船舶发动机数智化的重要使能途径，而高精度、高实时性的一维模型是数字孪生的重要组成部分。在船用预混天然气低速发动机中，扫气过程决定了天然气与空气的混合状态，对其后续燃烧至关重要。为了分析并优化扫气过程，同时减少甚至避免天然气逃逸现象的发生，需要基于模型分析缸内流动状态，预测缸内燃烧废气、新鲜空气与天然气等混合气体的平均状态。本文基于对三维模拟结果的观察，搭建了一维多阶天然气低压喷射模型，打通了一维-三维的计算隔离。同时，在分析中将两者深度融合，对大缸径预混天然气发动机扫气过程进行研究；通过对天然气混合过程的分析，将后排气过程划分为多个热力学阶段，结果表明该模型能够准确预测缸内压力及不同气体质量。此外通过该一维模型能快速进行参数化研究，并能够得到与三维模型较符合的结果，可以形成模型参数设计和优化的一/三维融合仿真、分析与迭代。

氨作为内燃机的无碳替代燃料，正受到越来越多的关注。然而，其较差的燃烧特性阻碍了其发展。为了解决这个问题，本文研究了预燃室射流点火和甲烷含量对氨的燃烧特性的影响。实验结果表明，预燃室射流点火可以将氨稀薄燃烧极限提高到Φ=0.7。20%的甲烷含量可以进一步将极限提高到Φ=0.6。然而，为了将极限进一步扩大到Φ=0.5，需要更多的甲烷含量（即60%）。此外，尽管20%的甲烷含量在较低的当量比下改善了氨的燃烧，但仍不及较高当量比下的纯氨。当Φ=1.0时，掺混40%以上的甲烷才能够显著提高最大压升率。然而，在更高的压力下，这种促进作用变得较为弱化。

试验基于一台光学发动机主要研究了低负荷下氢催化生物柴油(HCB)引燃汽油的燃烧特性和火焰生成特性。实验采用单次喷射策略，通过改变HCB喷射时刻(-30°~ -15°CAATDC)和直喷比例(10% ~ 30%)分析了各工况下缸内的燃烧特性和火焰发展特性，并确定一个较优的喷射时刻和预混比例。结果表明:随着HCB直喷比例的增大，缸内压力和放热率显著增加，缸内平均温度温度显著提高，燃烧相位提前;随着喷射时刻的推迟，缸内燃烧压力和放热率先升高后降低，燃烧相位推迟，喷射时刻-25°时燃烧集中，火焰传播速度最快，发光强度和火焰面积均达到最高峰，放热效果最好。