摘 要: 本研究提出一种基于预燃室射流点火的甲醇喷雾扩散燃烧系统，以解决甲醇在发动机中压燃着火困难的问题。在验证模型可信性的基础上，采用RANS模拟并结合简化反应机理，分析了主燃室喷射正时对甲醇喷雾燃烧特性的影响。研究结果表明，喷射正时提前时，甲醇能够充分燃烧，但会导致缸内压力及其升高率显著增加，热负荷加重，存在燃烧粗暴的风险，同时NOx排放大幅上升。相反，喷射正时延迟将引起燃烧起始延后，火焰扩散受限，燃烧持续时间明显延长，主燃烧后期占比增加，进而造成燃烧效率降低，指示燃油消耗率上升。尽管NOx排放下降了67%，但CO、HC、未燃甲醇和甲醛排放明显增加。通过将喷射正时优化至-10°CA ATDC，兼顾了发动机性能、排放控制与燃油经济性，实现了较优的平衡。

高功重比的椭圆转子发动机可以实现高压缩比，但其提升受到爆震的限制。利用经实验验证的椭圆转子发动机CFD模型，研究了自行设计的湍流射流点火和空气辅助湍流射流点火等技术提高压缩比的潜力。结果表明，低温化学反应受燃烧火焰前锋面的传质传热、压力波的汇聚和压缩以及燃料的负温度系数的影响。这些都是自燃形成的关键因素。当压缩比从9.26增加到12时，快速燃燃烧期缩短了71.02%，燃烧速度显著提升，但是燃烧室前后端高温岛先后出现了自燃点。自燃火焰降低主火焰传播速度，甚至导致了回退。实施湍流射流点火和空气辅助湍流射流点火技术后，滞燃期分别提前了4.60°EA、3.22°EA,KI由0.61 MPa分别降至0.17 MPa、0.13 MPa。空气辅助湍流射流点火不仅改善了点火和燃烧，还可以抑制了爆震，进一步实现椭圆转子发动机高压缩比。

为改善增程器曲轴扭转振动特性，基于轴系当量扭振理论，以某高压共轨4缸柴油机增程器为研究对象，应用AVL-Excite-designer软件搭建增程器扭振动力学模型，研究不同转速下的曲轴扭振幅值与转速波动率变化，并且通过搭建扭振测试与仿真对比验证模型的准确性。研究结果表明：增程器扭振幅值最大值相比原机降低了约23.9%，转速波动率整体低于原机；增程器在第8主谐次产生共振，峰值为0.1373deg；合理改变飞轮转动惯量与电磁阻尼均可以抑制转速波动和扭转振动。基于Box-Behnken试验设计与响应曲面法对响应参数进行多目标优化，根据响应曲面结果得出：优化前后对比误差小于5%，验证了优化结果的准确性，共振峰值降低约12.6%。

空气辅助喷射燃油系统通过计量喷油器将燃油注入混合腔，在静止压缩空气作用下发生初次破碎，形成油气混合物，并经拉瓦尔喷嘴高速喷出，在强剪切作用下实现二次雾化。该系统可显著提升喷雾粒径分布均匀性与蒸发速率，展现出良好的重油适应性。本文系统分析了压力、时间两类关键控制参数对空气辅助喷雾特性的影响规律。结果表明，喷油压力提升有助于初次雾化，喷气压力与环境背压显著影响最终喷雾粒径与喷雾均匀性。时间参数中，缩短喷油脉宽与提前喷气可增强剪切破碎、抑制油膜；合理喷气脉宽有利于稳定空燃比，改善点火适应性。

航空润滑油为航空发动机中的所有齿轮、轴承和花键提供润滑、冷却、清洁、密封和防锈，确保航空发动机在高速和高温条件下的安全、稳定和持久运行。随着发动机性能的改变，对航空润滑油的高温性能提出了新的要求。本文回顾了影响高温性能、氧化机制以及航空润滑油评价方法的因素。并结合已有的方法,对航空发动机用油高温性能的研究方向进行展望。

自旋液滴碰撞在真实喷雾过程中普遍存在，伴随着轨道角动量和自旋角动量的相互转化特性，对液滴碰撞后的速度分布以及碰撞模型影响显著。本文基于流体体积法（VOF）数值研究粒径比对液滴碰撞弹开的影响，分析有旋小液滴与无旋大液滴正碰过程中诱导的非轴对称流动与角动量转化机制。结果表明，增加粒径比导致更多的有旋小液滴自旋角动量向轨道角动量和大液滴的自旋角动量转化，随着粒径比进一步增加，有旋液滴的反弹行为和角动量转化趋于稳定，趋向于液滴与液池的碰撞。对于小粒径比，旋转液滴主导非对称变形并引发显著的反弹偏转。此外，粒径比在1.0至1.5之间是角动量转化模式与气膜形态发生跃迁的关键区间。研究揭示了旋转碰撞中粒径尺度差异对液滴动力学的调制作用，为液滴喷雾中不对称碰撞问题提供了数值基础和物理参考。

文章针对基于美国国家仪器公司（National Instruments，NI）采集卡与现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）板卡的自研硬件在环（Hardware-in-the-loop，HIL）测试机柜，研究了在VeriStand环境下FPGA程序调用方式对系统实时性的影响。针对原有FPGA Addon调用形式导致运行内燃机测试模型时主控制循环执行频率低于设定值、实时性不足的问题，提出采用原生FPGA调用方法。实验结果表明，新方法使主控制循环执行频率与设定值1kHz高度吻合，显著提升了HIL系统的实时性能，为内燃机先进测试技术的发展提供了更可靠的技术支撑。

调整进气成分能有效改善氢燃料发动机的不正常燃烧现象，并抑制氮氧化物排放。针对一台2.0L氢燃料发动机燃烧室建立了CONVERGE仿真模型，利用进气道喷水（WI）技术构建含蒸汽的进气环境，并用水氢比（WHR）表示每循环喷入进气系统水的质量与喷射水和氢气总质量的比值，通过调节喷水量进行仿真，探究进气道喷水对稀燃条件下氢燃料发动机燃烧及排放的影响。研究发现：采用WI模式时，火焰前锋面推进速度和OH基团生成量先降低后升高；最大放热率先降低后升高；缸内燃烧温度峰值也呈现出先下降后上升的趋势；氮氧化物排放先降后升，WHR从5%增至15%时降至20μmol/mol。当WHR达20%时，点火延迟时间（IDT）最长。

基于一台高压直喷（HPDI）柴油/天然气双燃料发动机，固定柴油和空气流量，在不同天然气流量下进行试验。结合基于缸内压力循环变动的分析方法，对发动机的燃烧过程进行解耦分析。随着天然气流量增加，天然气替代率（PES）实现了从0到80%大范围的变化，缸内的热氛围提高，缸内压力峰值从7.05MPa增加至11.48MPa，缸内温度峰值从566K增加至997K。缸内压力标准偏差能反映出双燃料发动机的燃烧过程变化。在纯柴油模式下，上止点前的σP曲线更高。当PES较小时，dσP曲线的最高点均为第一峰值点。从天然气流量增加至2.78kg/h（PES为40%）开始，缸内的燃烧模式和燃烧重心开始变化，dσP曲线的最高点均变为第二或第三波峰点。

作为一种碳中和燃料，甲醇被认为是最有前途的内燃机清洁替代品之一。采用缸内高压直喷技术的甲醇发动机在容积能效、灵活可控的喷射策略和提高甲醇替代率方面具有显著优势。然而，高压喷射会导致燃料温度大幅升高，从而改变其物理特性，影响喷射特性、雾化行为、燃烧性能和排放。本研究建立了基于准二维流道的甲醇燃料微尺度高速空化流可视化试验装置，可精确调节喷嘴入口压力、出口背压和燃料温度，并对燃料喷射质量和密度进行高精度在线定量测量。结果表明，在恒定的背压条件下，流量系数最初几乎随着压差的增大而线性减小（压差的平方根），直至达到临界值，超过临界值后，流量系数趋于稳定。此外，流量系数通常会随着燃料温度的升高而降低。当背压发生变化时，燃料温度的升高会使饱和蒸汽压升高，从而使空化在较小的压差下以更大的强度发生。这就减少了实际流动面积，导致收缩系数降低。这项研究为甲醇在内燃机中的应用提供了重要的实验见解，特别是在优化高压喷射系统中的甲醇流动特性以减少排放和提高燃烧效率方面。