锂电池是目前车辆上使用最广泛的动力电池。锂电池在受到机械滥用、热滥用或电气滥用条件下，电池内部出现自维持放热反应，导致温度成呈指数规律升高，最终电池失去稳定性并开裂，释放出大量可燃气体并引发着火或爆炸现象。本文基于三维燃烧专业CFD分析软件CONVERGE，采用基于详细化学反应思想的SAGE燃烧模型，模拟了某锂电池包出现热失控后的可燃气体喷放及后续的着火及火焰蔓延过程，有助于我们深入了解电池热失控后内部可燃气体扩散和燃烧特性，并为电池冷却及安全设计提供指导。

本文基于一款轻型通航飞机结构与相关参数，对燃料电池混合动力系统的混合程度进行了分析，计算在不同条件下的飞机飞行时间随系统混合程度的变化，与纯电动通航飞机进行对比分析，归纳通航飞机燃料电池混合动力系统飞行时间变化规律。总结后发现：在相同的携氢量下，随着起飞重量及储氢密度的增加，续航时间逐渐增加，相对应的燃料电池的功率等级逐渐减小。在相同飞机起飞及储氢系统重量下，随着储氢密度的增加，飞机的续航时间逐渐延长，燃料电池功率等级逐渐增加。

质子交换膜燃料电池的功率密度越高，同体积下产生的废热更多，但冷却流道的体积却没有因此增加甚至还有所减少。为提升质子交换膜燃料电池内部冷却流道的传热性能，设计出一种N型扰流式冷却流道，采用数值模拟的方法，将扰流式流道与常规直流道对比分析。仿真结果表明：采用扰流式流道的燃料电池，在冷却水流速相同时有着更低的温度和温差；冷却水流速增加，温度和温差降幅更大，但压降也更大。扰流式流道在低雷诺数条件下出现混沌对流，导致部分区域冷却水流向与温度发生突变，减小了场协同角，增强了传热能力。扰流式流道内冷却水能更快地吸收更多的热量，占用体积不变但传热性能更好，且结构简单，为冷却流道的设计提供一定参考价值。

高活性低辛烷值汽油压燃模式具有热效率高、颗粒物（PM）和氮氧化物（NOx）排放低等突出优点。为了解析该燃烧模式的燃烧排放特性，针对一种高活性低辛烷值汽油开展表征燃料设计工作。该汽油研究法辛烷值（Research Octane Number, RON）为61，异构烷烃含量超过60%。基于快速压缩机平台，在当量比0.5，有效压力1.8、1.4、1.0 MPa，有效温度690~920 K范围内，对该汽油燃料开展着火滞燃期试验研究。基于Chemkin首先对正庚烷/异辛烷组成的基础表征燃料（Primary Reference Fuel, PRF）、正庚烷/异辛烷/甲苯组成的甲苯表征燃料（Toluene Reference Fuel, TRF）以及一种异己烷/正庚烷/甲苯组成的异己烷表征燃料（Iso-Hexane Surrogate, Iso-HS）等的滞燃期进行模拟研究。研究结果表明，与PRF及TRF相比，Iso-HS能够更准确地表征高活性低辛烷值汽油的负温度系数（Negative Temperature Coefficient, NTC）现象。进一步地，在Iso-HS中增加异辛烷组分，对其中三种RON、H/C相同而异己烷含量不同的Iso-HS的滞燃期进行仿真，发现随着表征燃料中异己烷含量的提高，其NTC现象更加显著。其中，由摩尔分数49.63%异己烷、18.30%异辛烷、26.29%正庚烷及5.78%甲苯构成的表征燃料总体上与试验结果更加吻合。

分析了高海拔条件下柴油机动力下降及排放恶化的原因，讨论了从柴油燃烧角度，解决动力性下降的技术方法。此外对柴油进行窄馏分精馏切割，以滞燃期和燃烧持续期作为燃烧性质指标，通过燃烧分析仪中各馏分油的缸压曲线变化，分析了初始压力降低时燃烧性质的变化规律，并讨论了各馏分油对压力变化的敏感度。接下来采用同样方法，考察了氧气浓度增压对燃烧性质的影响，以及各馏分油对氧气浓度变化的敏感度。通过柴油基础燃烧性质的研究，为后续各技术路线的研究提供基础数据支持。

在一台单缸重型发动机上研究了氨-生物柴油/汽油/乙醇混合燃料的双燃料发动机的燃烧与排放特性。BG70和BG50E20的生物柴油、汽油和乙醇的体积比分别为3:7:0和3:5:2。作为对照，柴油(D100)的发动机特性也一并研究。实验工况为0.8 MPa 指示平均压力(Indicated mean effective pressure, IMEP)，1200 r/min。氨的能量替代率从0.0增长至28.0%. 直喷采用了两次喷射策略。实验测量了一氧化碳(Carbon Monoxide, CO)，总碳氢(Total Hydro Carbon, THC)，氮氧化物(Nitrogen Oxides, NOx)以及颗粒物数量排放。结果表明，BG70和BG50E20均能在压燃发动机上实现稳定燃烧，同时燃烧放热曲线与柴油相似。同时两种混合燃料的有效效率均高于柴油。BG70的CO排放低于柴油，但THC和NOx排放是三种燃料中最高的。BG70和BG50E20的总颗粒数(Total particle number, TPN)排放低于柴油。当氨加入后，三种燃料的有效效率降低1-2 %。燃烧温度降低使得CO排放增加但NOx排放减少。同时氨的加入对BG70和BG50E20的TPN排放影响更大，BG70的TPN排放增长20倍。

试验设计DOE在发动机排放标定的应用基于建立起“控制参数”与 “排放油耗”间的映射关系即模型，方式有2种，单点DOE和全局DOE。单点DOE对单个发动机运行工况点进行标定，其搭建的模型可推测任意控制参数组合下的排放结果；全局DOE对整个排放区域进行标定，其搭建的模型可推测任意工况点和参数组合下的排放结果。两种DOE都可完成标定优化，但全局DOE具有以下优势：方法和流程简单，试验效率更高，挖掘发动机排放潜力能力更强。

根据结构参数建立了TBD620V12柴油机动态仿真模型，并利用试车实验数据完成了对模型仿真精度的验证。基于柴油机动态仿真模型，通过设置故障源的形式对船舶柴油机典型故障进行了仿真计算并依据仿真结果对各典型故障的特征进行了分析。基于支持向量机建立了船舶柴油机故障诊断模型并利用计算得到的故障数据集对模型进行训练和验证，结果显示，建立的柴油机故障诊断模型对测试集样本的诊断准确率为98.2%，对各类状态判断的精确率和灵敏度均在95%以上，证明模型具有很好的故障诊断能力，能够对柴油机的故障进行精准的识别。

为研究小型二冲程航空重油直喷发动机的燃烧特性，本文以缸径65.5mm的二冲程航空重油直喷发动机为研究对象，采用Forte软件建立了缸内流动及燃烧过程的三维瞬态模型。研究了横流扫气式小型二冲程航空重油直喷发动机的燃油雾化与蒸发过程、缸内燃烧以及扫气过程的特征，分析了不同海拔、不同喷油提前角以及不同工况下的燃烧特性。结果表明：多气口横流扫气可以在缸内产生不平衡气动力矩，随着压缩过程的进行，在燃烧室内产生高涡流比；小型高速二冲程航空重油发动机缸内残余废气系数（内部EGR）较高，有利于高空环境中的燃油雾化与蒸发过程；可以采用调整喷油提前角的办法，保证发动机在不同海拔高度的动力性和经济性。该研究结果对小型二冲程航空重油直喷发动机燃烧系统的开发具有重要意义。

换气过程对船用气体机性能具有很大的影响。本文基于原理建立了CHG622V20气体机动态仿真模型，并根据发动机台架实验数据对仿真模型进行了验证。在模型精度满足要求的基础上，结合仿真模型和试验设计方法对气体机气门升程型线进行研究并构建响应面数学模型，然后采用NSGA-II遗传算法对多个优化目标函数进行多目标求解，对获得的有效解集利用TOPSIS决策理论进行多目标决策得出最优解。结果表明，优化后的气体机在全负荷工况下最大有效输出功率提高了1.5%，经济工况下燃气消耗率降低了2.9%，NOx降低了1.49%。