在国家能源需求对原油进口依赖度不断上升的情况，天然气发动机在卡车运输行业占据了越来约重要的地位。在天然气发动机开发过程中，不管是台架可靠性试验考核，还是整车试验考核，特别是整车寒区试验考核，曲轴箱通风系统频繁发生的水汽冷凝及其导致的机油乳化、呼吸管结冰等一系列问题，已经成为天然气发动机开发过程中的一个重要制约项，严重的曲轴箱通风系统水汽冷凝会加速油底壳机油品质劣化，影响润滑系统正常运作，甚至发动机正常运转。本文通过分析天然气发动机开发过程中曲轴箱通风系统的水汽冷凝产生的原因，提出水汽冷凝问题的应对策略，为天然气发动机开发提供了一种可借鉴的设计经验及解决方案。

多级轴流压气机是燃气轮机的三大部件之一，内部流动复杂，设计难度大。可调导静叶VGVs作为一种主动控制方法可以提高多级轴流压气机的稳定性和效率。本文以某七级高负荷轴流压气机为研究对象，其中进口导叶IGV和第1级静叶VSV为可调叶片。通过与试验结果对比，验证了多级CFD数值计算的可靠性和准确性。然后深入探讨了可调静叶VSV调节与流量、级性能、冲角和马赫数的关系，发现对于本文研究的压气机跨音级，最优的可调静叶角度改善了上游动叶性能，但会恶化本身及下游动叶性能。进一步揭示了可调静叶VSV调节改善压气机跨音级性能的影响机理，发现随着VSV角增大，有利于提高相邻上游动叶的冲角，但会恶化本身和相邻下游动叶冲角，同时相邻上下游动叶的峰值马赫数明显下降，激波位置前移，表明激波强度减弱以及激波位置得到合理控制。因此得到影响级间匹配的关键因素是随可调静叶VSV角度变化的进口冲角和激波结构。

随着无人机对高空航行性能需求的进一步提高，高功率密度的航空重油活塞发动机是其主要动力选择。而满足高空长航的高功率密度发动机需要匹配一套高效的可调两级涡轮增压系统以达到高压比，宽流量的性能需求。相对于单级增压，可调两级增压系统较为复杂，需要优化选型好各部件；例如发动机排气与高低压级涡轮端级间能量梯级回收、高低压级压气机端能量分配与冷却进气系统适配等，这是保证航空重油活塞发动机高性能输出的基础与核心。本文将立足现有技术条件，主要针对某型航空重油活塞发动机可调两级涡轮增压系统进行多海拔多参数匹配，优化选型出一套满足目标机型指标的增压系统，立足工程化形成一种快速和准确的可调两级增压系统选用计算方法。

随着环境污染和能源问题对人类生产生活的影响日益加剧，氨作为零碳燃料备受关注，也引起了国内外广大研究者的研究。氨点火能量大、燃烧慢的特性也成为了研究的热点，也是氨作为燃料用于内燃机的难点。文中分析氨燃烧的强化以及NOx排放、掺氢燃烧特性、氢气占比等方面，国内外研究者的观点和研究成果，对未来氨在内燃机方面的应用提出了建议，为氨发动机的研究开发提供了参考。

借助CFD仿真分析软件，从燃气分布情况、充气效果、燃气/空气混合均匀性、甲烷逃逸四个方面对某型多点喷射天然气发动机进气系统进行了仿真分析，分析结果表明：进气道和气缸内燃气流场分布状态良好；98.4%的燃气进入气缸，充气效果良好；气缸内燃气和空气混合均匀，在700°CA时空燃比接近目标值λ=2.0；甲烷逃逸量为0.6g/kWh，满足设计标准要求。

为深入理解气门式二冲程发动机的扫气过程，以安装顶端入口切向进气道的气门式二冲程柴油机为研究对象，在1500 r/min转速下采用三维仿真模型研究了进排气压差和排气背压对扫气过程中缸内气体流动的影响机理。结果表明：由左侧进气道流入气缸的新鲜充量形成逆滚流，在逆滚流前锋面抵达排气道后排气纯度明显增加。在逆滚流前锋面抵达排气道前，经右侧进气道流入气缸的新鲜充量主要影响排气纯度，随压差增加左侧排气道排气纯度增加，在中低压差下右侧排气道排气纯度较高，扫气品质先恶化再改善，之后基本不变；定压差和高背压下排气纯度接近，而扫气效率增加较慢，扫气品质逐渐恶化。

目前，扩散背景光消光法已发展成广泛应用于测量柴油喷雾火焰中碳烟生成的光学诊断技术。为了消除火焰自发光对碳烟KL值计算的误差，实验过程中通常需要得到有无背景光交错的系列图片。因此，数据处理过程中就需要进行插帧处理进而得到缺失时刻的火焰自发光或有背景光图像。该研究从帧间隔长度、预测区域、多个中间帧三个方面对比了传统的Farneback光流算法和以神经网络为基础的Super slomo方法生成中间帧的精确度，然后比较了将两种插帧方法应用在扩散背景光消光法的KL值计算中时结果之差。结果表明，不论是使帧间隔变长、针对不同区域、还是增加中间帧的数量，Super slomo方法生成的中间帧的精度在总体上总是大于Farneback光流法，而且随着中间帧数的增加，Farneback光流法与Super slomo方法在预测精度上的差值都有扩大趋势。应用在消光法中时，使用Super slomo方法作为插帧方法得到的KL值会比Farneback光流法更接近理论上的真实值。

针对某具有叶片扩压器的高压比离心压气机匹配喘振裕度不足的问题，通过CFD仿真和台架试验开展了叶片扩压器安装角对离心压气机性能影响的研究，得到了扩压器叶片安装角变化对压气机性能的影响规律，结果表明：可以通过扩压器叶片安装角的改变实现压气机流量范围的调整，但是在原始设计扩压器叶片进口安装角的基础上，增加或降低叶片角度，最高压比和最高效率呈对称下降趋势，因此为保证离心压气机性能，调整应该在一定范围内。最终通过扩压器叶片安装角的调整实现了离心压气机性能满足配机需求。

本文针对单级涡轮增压发动机变海拔环境适应性设计难题，完成了高压比宽流量压气机设计构型、高效涡轮设计构型等研究工作，获得结论如下：压气机采用增加叶片对数、斜流出口、分流叶片前掠等技术，可以有效提高压气机增压比、拓宽压气机流量范围；涡轮叶片采用下游平直过渡、尖状尾缘结构，可有效提高高膨胀比涡轮效率；采用高压比宽流量压气机、高效涡轮能够满足发动机变海拔工况增压需求。

为探究三种多元醇（乙二醇、甘油和葡萄糖）水溶液对重油喷雾燃烧的影响，建立并标定了重油喷雾模型，以及构建了94种组分和488个反应的重油燃烧替代物机理。首先，基于定容燃烧弹模型的喷雾仿真结果发现，多元醇水溶液对重油的喷雾形态、贯穿距影响较小，但显著提高了蒸发质量、降低了索特平均直径SMD，尤其乙二醇使蒸发质量提高了29.28%、SMD降低了25.1%。其次，通过重型柴油机燃烧室三维模型的重油燃烧模拟得出，喷雾开始-9 °CA至缸温峰值11 °CA阶段，缸内最高压力达12.7 MPa、最高平均温度达约2900 K、放热率峰值达550 J/°CA。最后，零维内燃机模拟计算发现，多元醇水溶液的加入，使重油在着火时刻至缸温最大值时刻阶段的缸压、缸温有所降低，且在做功后期至排气门开启阶段的缸温持续低于重油，但缸压恢复相同。