中低温化是固体氧化物燃料电池的必然发展趋势。混合离子电子导体（MIEC）因其在中低温条件下出色的电化学性而被广泛应用于固体氧化物燃料电池阴极，本文首先建立了考虑烧结动力的动态蒙特卡洛方法(KMC)共烧结模型，捕捉电极烧结过程中微观结构参数的变化规律。然后建立了1D全电池解析模型，将烧结过程中的微观结构参数带入1D解析模型中，研究了共烧结过程对电池性能的影响规律，为电极烧结过程控制以及电极结构优化提出建议

基于CHEMKIN pro软件，利用两段塞流式反应器构建模型，模拟了在后处理装置中乙醇/正戊烷双还原剂组合对NOx的选择性还原过程；根据还原过程中NOx摩尔分数轴向分布，划分了后处理阶段；结合ROP分析和一阶敏感性分析，探究了各后处理阶段NOx的反应网络，研究了燃烧残余氧浓度、NOx浓度、管内温度等因素对NOx脱除效果的影响。模拟结果表明，燃烧残余氧浓度过高会将乙醇快速氧化为稳定物质，过低则会提前耗尽氧，阻碍正戊烷后处理的进行；富燃状态下在正戊烷后处理补充氧可优化NOx脱除效果；残余乙醇对正戊烷后处理起促进作用；乙醇后处理前期的NO2→HONO→NO反应链将使NOx摩尔分数出现“V”字曲线。

为了研究扫气口倾角对二冲程对置活塞发动机（OP2S）工作过程的影响，采用CONVERGE建立了OP2S的CFD仿真模型并开展计算。结果表明扫气口倾角对OP2S发动机的给气比、涡流比及残余废气系数都有显著的影响，但残余废气系数变化规律非单调。扫气口倾角α≤5°时，扫气气流聚集于气缸轴线，缸壁附近存在周边废气滞留区；当扫气口倾角α>5°时，换气过程初期扫气气流在扫气口附近汇聚为环状进气涡流，在该进气涡流中心产生低压区，并导致气缸中心流动方向与外围的扫气气流方向相反，最终导致气缸轴线出现柱状的中心废气滞留区。随着扫气口倾角增大，周边滞留区逐渐减小消失，而中心滞留区出现并增强，两者的变化规律共同造成了残余废气系数的非单调变化规律。高转速下由于换气时间短，给气比较小，导致残余废气系数高于低转速的情况。扫气口倾角同样对循环放热量和IMEP有非单调影响。大的扫气口倾角有利于减小循环放热量和IMEP的循环变动，但对最大爆发压力、最大压力升高率的循环变动均无显著影响。

本文以燃用非标高硫燃油的船用柴油机为研究对象，建立干式脱硫系统的轴向扩散塔模型，利用Fluent软件对初始流场进行仿真分析。结果表明：轴向扩散塔脱硫床层靠近进气管处的速度均匀性较差，平均速度均匀性指数为0.703。然后，采取三种安装冲孔板的方案对轴向扩散塔进行优化，具体位置由脱硫床层距冲孔板长度与进气管径的比值确定，本文选取的比值分别为0、3、6,结果表明：速度均性指数随比值的增大而提高，平均速度均匀性指数分别为0.697、0.836、0.955，方案三的优化效果最好，速度均匀性整体增加36%。最后，该装置在此基础上进行模块化处理，结果表明：此时平均脱硫效率达到99.93%以上，腔室更换对脱硫效率影响很小。

选择性催化还原技术是柴油机控制尾气中NOx排放的重要技术之一，然而使用该技术时尿素水溶液容易在排气管内形成沉积物，影响NOx转化效率和发动机性能。通过建立近似排气环境下尿素喷射模型及耦合尿素详细分解机理，分析了不同排气温度和流量条件下的尿素水溶液沉积风险和分解效率。结果表明，尿素沉积率随着排气温度的升高而减小，在较高的排气温度下甚至没有液膜形成；副产物的成分与温度密切相关；当温度为473K，尿素分解不活跃导致分解率降低；当温度高于673K，尿素分解率也较低，但是可以通过增加液滴停留时间提高尿素分解效率。排气流量主要影响尿素分解速度，进而影响尿素分解的时间尺度和NH3响应时间。

本文在定容弹台架上进行了甲醇闪急沸腾喷雾实验，研究发现背景压力的提高对喷雾雾束的扩散和蒸发有阻碍作用，燃料温度的提高使得喷雾扩散和蒸发速率提高并且喷雾锥角大幅增加，当燃料温度提高至353K以上时，喷雾产生较为强烈的闪急沸腾现象，内部与边缘汽化程度接近。在实际甲醇发动机中，可以通过提高燃料温度并利用闪急沸腾喷雾特性来提高喷雾雾化质量以解决冷启动问题并实现喷雾的精确控制。

柴油机的排气系统在水下时处于高背压运行环境，性能与在大气环境下的工况相比呈现显著差异。针对高背压环境下的柴油机性能恶化问题开展了高背压对柴油机性能影响规律研究。搭建了高背压环境下的涡轮增压柴油机性能研究台架，并对不同转速工况与不同背压环境下的柴油机性能规律进行了试验与研究。研究了不同高背压环境下柴油机性能与关键参数的变化规律，结果表明：高背压将显著恶化发动机输出功率，排气背压0.57bar工况下，输出功率降至大气环境工况的74.19%，且排温快速达到限制值；在高背压环境下，柴油机性能与缸内燃烧急剧恶化，因受涡前排温限制值影响，喷油量需减少，从而进一步影响柴油机性能。涡轮增压器的涡轮做功能量不足是导致高背压环境下柴油机性能恶化的主要原因。

涡轮增压技术作为提高发动机动力性、改善其经济性和排放的有效措施，已经成为国内外内燃机发展的重要方向。以涡轮增压器转子-浮环轴承系统为研究对象，采用软件Dyrobes建立了涡轮增压器转子-浮环轴承系统有限元模型，在不同的油槽方案下进行仿真。结果表明：涡轮增压器转子压气机端螺母的振幅最大；转速达到20000r/min，压气机端轴承的轴颈静平衡位置失去稳定，转速达到30000r/min，涡轮端轴承的轴颈静平衡位置失去稳定；使用带径向油槽的浮环轴承方案和在合理范围内降低润滑油的供油温度，能够有效抑制高转速下的次同步振动，降低转子的振动响应。

柴油机颗粒捕集器（DPF）捕捉颗粒后并不会立即氧化再生，受到高温排气氛围的长时间热作用。通过改变模拟排气中O2浓度和NOx浓度，同时改变老化的时长和温度，研究了热老化对柴油机碳烟氧化活性的影响规律。结果表明：随着氧气浓度的增高，碳烟氧化反应特征温度和活化能逐渐降低，其氧化活性上升；在纯NOx气氛中，随着NOx浓度的增加，碳烟起燃温度以及活化能呈下降趋势；NOx协同氧气作用时，碳烟起燃温度和活化能明显下降，较NOx单独作用效果更加明显；碳烟的氧化活性随老化时间的增加呈先下降再逐渐上升趋势。碳烟的氧化活性随老化温度的提升呈先快速增加后缓慢降低的趋势，不同的老化温度皆会提高碳烟的氧化活性。

随着船用中高速机强化指标不断提升以及多元化清洁燃料应用，活塞环/缸套工作条件更加恶劣，拉缸已成为船用中高速机最常见的故障模式之一。由于活塞环/缸套摩擦学系统的影响因素多且具有随机性和分散性，引发拉缸的机理复杂，缺乏拉缸预测及有效控制措施。本文从工程应用角度出发，通过拉缸失效机理分析，综合临界温度及膜厚比准则，确定了拉缸膜厚比模型及阈值。考虑活塞环/缸套摩擦学系统闭口间隙、侧隙等主要影响因素的分散性，基于拉丁方抽样及响应分析，获得了活塞环/缸套摩擦学系统最小膜厚比的统计分布特征及主要影响因素的敏感性。在此基础上，根据系统摩擦学理论，通过载荷控制、材料选型、表面结构设计以及润滑油选用，提出了拉缸控制措施，为船用中高速机拉缸预测及控制提供了理论及应用基础。