为了实现对柴油机燃烧过程的精确控制，达到缸内高效燃烧和节能减排的目的，建立了基于模型的柴油机一维稳态及动态性能仿真模型。仿真模型基于采用燃油燃烧50%量对应的曲轴转角控制模型对喷油始点进行控制并采用指示平均有效压力控制模型对喷油量进行控制。仿真结果表明控制模型能对柴油机燃烧过程进行实时精确控制。

为了探究级间弯管特征对压气机性能的影响规律，通过二级增压系统台架性能试验并提取压气机性能的实验数据，基于级间管系特征建立耦合压气机仿真模型并通过试验数据对仿真模型进行标定。以标定后的耦合级间管系特征压气机仿真模型为基础，研究不同形式弯管结构特征对压气机性能的变化规律及影响，得到管系内部流动与压气机内部流动匹配关系。结果表明：相较于其他形式进气弯管结构特征，采用90-90°进气弯管时的压气机性能表现最佳。

为改善转子发动机燃料与空气的混合和燃烧过程，实现高效燃烧，采用计算流体力学（CFD）的方法，建立了周边进气的转子发动机缸内流动与燃烧数值仿真模型，研究了在进气道偏转条件下的喷射策略对转子发动机缸内流动特性、燃料分布和燃烧特性的影响。研究结果表明：喷射持续期对转子发动机的燃烧影响很小；喷射提前角为300°CA BTDC时，燃料与空气的混合时间较长，能够形成更加均匀的混合气，但是燃烧速度相对较慢。喷射提前角为250°CA BTDC时，在燃烧速率与排放方面均为最佳。喷射提前角为200°CA BTDC时，燃料与空气的混合时间较短，无法形成质量良好的混合气，且燃料还会被喷射到转子表面，所以造成了较高的排放；喷射方向向上，燃料更多的分布在燃烧室的中后部，燃烧过后在燃烧室后部存在较多未燃燃料。喷射方向向下，燃烧过后在燃烧室前部同样存在未燃燃料。水平喷射时，燃料分布在燃烧室内的中前部，燃烧后燃烧室内不存在明显的未燃燃料分布。此研究可以为转子发动机的喷射系统和进气系统的布置设计研究提供依据。

为改善转子发动机燃料与空气的混合和燃烧过程，实现高效燃烧，采用计算流体力学的方法，建立了周边进气的转子发动机缸内流动与燃烧数值仿真模型。研究了进气道偏转角和喷油提前角的变化对转子发动机缸内流动特性、燃料分布和燃烧特性的影响。研究结果表明，进气道向左偏转后能在缸内形成强度更大的滚流，能够有效提高缸内的湍流强度，偏转角度越大提升越明显。喷油提前角也会对缸内可燃混合气的混合过程产生较大影响，喷油提前角增大，由于燃料与空气的混合时间增加，所以燃料与空气混合更加均匀。最后，进气道向左偏转时，能明显提高转子发动机的燃烧效率，从而提高缸内的峰值燃烧压力，但在喷油提前角较小时，这种效果会被减弱。当进气道向左偏转10º时，缸内峰值燃烧压力提高最多，相比原机提高27.9%。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为高效环保的电池，其双极板的结构可直接燃料电池的性能。作者在传统梯形挡块流场的基础上，提出一种改进的三分区挡块流场，采用数值仿真的方法，建立了三维多相质子交换膜燃料电池模型并考虑Forchheimer惯性效应，对比研究了改进的三分区挡块流场与传统平行流场、传统梯形挡块流场的传质特性和燃料电池性能。研究发现，改进的三分区挡块流场和传统梯形挡块流场一样可以挡块附近流体过块速度，有利于增强惯性效应，增强传质。此外，改进三分区挡块流场进一步优化了传统梯形挡块流场不同区域的挡块高度，增强了多孔电极中的除水能力，增强了PEMFC的电池性能。改进三分区挡块流场与传统平行流场相比，其净功率的提升最大可达5.16%，研究结果为PEMFC双极板结构的研究提供参考。

近年来，椭圆转子发动机因具有高热效率低摩擦等优势受到国内外关注，特殊的机械结构使得其换气、燃烧等工作过程与常规发动机不同。为弄清椭圆转子发动机的工作特性，本文分析了椭圆转子发动机的工作原理，通过等效转化在GT-POWER中构建出一维模型并进行了模型可靠性验证。通过模型对比分析了椭圆转子机相较于同排量活塞发动机的优势之处，探索了进气正时和排气正时对发动机性能的影响。结合随机森林构建出多参数性能优化模型，基于多角度对椭圆转子机的优化做出仿真优化指导。结果表明，相较于活塞发动机，椭圆转子机可以实现更大的气门开口面积，更快地完成缸内换气，在高转速下有着一定优势；对于原机，排气有所盈余，适当延后排气正时可进一步提高发动机性能。

为了研究气液固多相流在活塞内冷却通道中的流动特性，采用高速摄像机对简化的冷却通道进行了多相流流动可视化研究。利用matlab软件对采集到的图像进行了图像处理，提取出固体颗粒运动的轨迹。分析了去离子水、50%甘油水溶液、59%甘油水溶液三种不同的振荡介质在不同的电机转速和不同的填充率下的振荡流动特性。研究结果表明，振荡介质的黏度、填充率、电机的转速都能显著改变多相流的流动形态；在相同条件下电机转速的增加，气液固多相流速度增加，腔内雷诺数较大，多相流流动进入强湍流状态；59%甘油水溶液即使在较高转速条件下，雷诺数也较低，流动也未进入强湍流状态；随着振荡介质填充率增加，气液固多相流运动距离受到限制，速度降低，冲击上下表面的强度减弱。

F-T柴油具有较高的十六烷值和较好的排放特性，是一种较好的柴油代用燃料。进气道喷射乙醇燃料可以实现低温燃烧以及实现燃烧活性可控，是一种有前景的燃料使用方式。在4缸高压共轨柴油机上研究了进气道不同乙醇喷射量下的发动机性能，结果表明，进气道喷射量在一定的范围内可保证发动机性能最佳，同时在研究工况下20%的替代率是一个较好的选择。

利用三维仿真软件CONVERGE，针对SXD6L40/52G预燃室天然气发动机进行了仿真计算，研究了不同掺氢比及燃气组分变化对发动机燃烧和排放性能的影响。结果表明，在进气过量空气系数不变的前期下，随着掺氢比的增加，发动机的燃烧过程得到改善，燃烧持续期缩短，指示燃气消耗率逐渐降低，指示热效率和指示功率先升高后降低再升高；发动机的NOx排放逐渐升高，HC和CO排放逐渐降低。综合考虑动力性能和排放性能，最佳的氢气掺混比例为20%。同时，燃气组分变化的模拟结果显示，在20%掺氢比下，燃料中乙烷和丙烷含量的增加有助于改善发动机的性能，指示功率和热效率得到提高，HC和CO的排放降低，NOx的排放虽然增加，但仍满足IMO Tier Ⅲ的排放标准。

为了提高活塞可靠性，提出活塞异形销孔的优化方案。研究对象为高功率密度柴油机活塞，利用数值计算和仿真分析的方法，建立柴油机三维活塞有限元分析模型，研究椭圆形异形销孔和锥形异型销孔大端相对于小端直径变化量对活塞应力分布、安全系数和疲劳损伤的影响研究。结果表明，采用大端相对小端直径变化量为0.02mm的锥形异形销孔可使活塞应力均匀，活塞销孔接触压力良好，并有效降低活塞销座磨损风险。