在传热领域，热交换器作为保证大功率设备热平衡的重要部件，传统CFD模拟消耗了大量时间和计算资源。本文应用并验证了人工神经网络（Artificial Neural Network）算法，来预测具有不同高度凸起的换热通道的热性能。利用729个不同凸起高度的CFD模拟结果的数据集作为数据阵列，建立一个高精度的机器学习预测模型。结果显示，各种通道的传热系数得到了精确的预测，以ANN为代表的机器学习算法被证明适用于传热领域。此外，本文分析了不同位置凸起对传热系数的影响，结果表明，越靠前的凸起对壁面传热系数影响越大，而通道整体凸起高度均匀性对传热系数的影响也越大。

使用SRV高温摩擦试验机模拟内燃机系统缸套-活塞环之间的往复式摩擦运动，并对所用的15W-40型机油进行黏度测试和氧化性DSC测试，并收集相关数据；以摩擦接触面温度、润滑油黏度和热流信号值为输入、摩擦系数为输出，构建BP神经网络预测模型。模型预测结果表明，BP神经网络具有较高的预测精度，测试集误差值均在5%以内，满足工程精度要求。

针对某型柴油机结构参数中气阀间隙、气阀弹簧阀刚度和气阀弹簧预紧力对配气机构性能影响的问题开展动力学优化研究，基于AVL EXCITE Timing Drive软件对某型柴油机配气机构建立单阀系的模型，研究不同结构参数对凸轮接触应力最大值和气门落座力最大值的影响规律。结果表明：气阀间隙越大，气阀落座力越大，凸轮与挺柱间接触力在正加速度时随着气阀间隙的增大而减小，在负加速度时随着气阀间隙的增大而增大；气阀落座力、凸轮滚轮接触力随着气阀弹簧刚度和预紧力的增加而增加。

采用不可压缩格子Boltzmann方法（LBM）研究了缸套-活塞环之间的润滑和流动，使用了标准的热LBM方法计算了油膜中的温度分布。针对活塞环边界与格子节点不重合问题，使用了空间插值的方法来处理无滑移的速度边界和温度边界。将无限宽楔形滑块的解析解与LBM计算结果进行比较，验证了LBM的有效性，并给出了油膜厚度方向的速度分布和温度分布。最后研究了活塞环速度大小条件对流体动力润滑和油膜温度分布的影响，此外，还计算了相应的油膜压力和承载力。结果表明，流体动力润滑效应和油膜承载力随着速度的增加而增加；在进口位置处，温度变化率呈现先减小后增大的趋势，并且这种趋势与速度相关。

V型分体式机身以三面三销的过定位状态装配到曲轴箱上，需要保证4个机身缸套孔两两之间的尺寸要求，又要满足机身与曲轴箱缸套孔之间的位置度要求，安装时需要同时考虑多个定位因素，且由于单个机身的尺寸大、重量重，使得在装配过程中难以调整，导致了大尺寸V型分体式机身的装配准确性差、效率低。本方法通过制定的工艺路线和使用专用工装，对机身进行预装配、预定位、微调和终定位，从而提高提高大尺寸V型分体式机身装配的准确性和效率。

本文以凸轮轴负曲率凸轮的高速磨削加工造成的热损伤为研究对象，从工艺磨削参数设置，CBN砂轮的使用和机床性能等方面进行分析，探究导致磨削热损伤的形成条件。结果证明：在磨削凸轮负曲率轮廓型线时，要选定合理的磨削切深值，对CBN砂轮整形和修锐及时得当，关注切削液的情况，调整校正好机床，使之保持状态良好。诸多因素都是造成工件热损伤的基本条件，一旦形成金属金相组织变化的条件环境时，易造成工件磨削热损伤情况。实验和讨论结果将对CBN砂轮磨削负曲率凸轮性能具有指导意义。

缸内直喷氢内燃机具有大功率、高热效率的特点，具有广泛的应用前景。高压直喷氢气喷嘴是直喷氢内燃机的核心零部件，开展喷嘴测试是氢内燃机的研究基础。针对缸内直喷高压氢气喷嘴，本文设计加工了专用工装和定容弹，用于测试其流量、泄漏和喷雾特性，并针对喷嘴易磨损、长时间使用后流量不一致的特点提出了优选方法。试验得到直喷氢气喷嘴流量与喷氢压力和喷氢脉宽线性相关；喷氢压力为14 MPa时，氢气喷嘴质量流量达到2.66 mg/ms；单只喷嘴氢气泄漏速率为6.53×10-7 mg/ms；喷嘴缸内安全密封时间为0.7 h；利用纹影法，对氢气喷嘴的喷雾形态和发展过程开展了测试。得到的测试结果可以满足氢内燃机大功率的需求，同时能保证保证直喷氢内燃机工作平稳、控制精准，各缸工作不均匀性在可接受的范围内。

随着法规要求的增加和发动机功能的不断升级，依赖大量实验的用于发动机设计与开发的模型建立及参数标定过程在开发成本和时间周期上都受到了很大的挑战。开发一套利用少量实验点即可快速完成虚拟模型整个开发过程的体系，对于加快发动机整体设计、结构优化周期、降低开发成本方面有重要的推动作用。发动机模型体系复杂，关键参数多且对整体结果输出会产生耦合性的影响。为此，本文建立了一种高精度发动机模型参数的智能分层辨识方法，辅助快速完成虚拟开发过程。针对发动机系统模型中各子模型特性及其参数辨识方法的共性与差异，以子模型分类为基础，建立对应的参数辨识方法。针对不同子系统输出的关键目标参数，采用贝叶斯优化方法逐步对主要影响参数进行修正，进而建立高精度发动机模型。结果表明：在原2668个实验工况点中，利用空间填充法随机抽取168个工况点就可以保证90%以上工况点的发动机系统模型的关键输出结果精度高于90%，实现了用尽可能少的点快速完成高精度虚拟模型的全周期开发。

随着柔性智能化生产线构建方案广泛应用于大中型零部件加工制造领域，文章基于Plant Simulation平台对某实例船用柴油机缸盖柔性制造生产线进行虚拟仿真建模，为复杂生产条件下的产线效能优化提供数字仿真分析方案及验证手段；考虑复杂加工场景下生产及工艺资源对产线系统的影响，整合相关资源的使用逻辑及损耗规律，运用数字仿真手段对生产系统进行追踪管控，对虚拟论证下的柔性生产线规划设计与基于现场生产数据融合的工艺布局改进优化进行探索分析。

动力装置涉及多学科知识，且系统复杂，用于其数字孪生的高精度强实时计算模型构建存在一定挑战。鉴于此，将硬件在环仿真技术引入数字孪生系统中，构建包含物理实体、虚拟实体、服务、孪生数据、半物理半虚拟体和相互之间连接的六维孪生体系，以及包含规则模型、行为模型、物理模型、几何模型和实验模型的六模型虚拟实体。以上海交通大学单缸机系统为案例，阐述硬件在环仿真技术在动力装置数字孪生中的应用方法及作用，为动力装置等复杂装备的数字孪生系统构建提供一种新思路。