本文回顾了氢和氨作为燃料在发动机中的研究及应用进展。氢燃烧产物清洁、单位质量热值高，被视为理想燃料，但现阶段应用成本高昂；氨作为氢载体，具有储存运输便利、燃烧产物无碳等优势，具有良好应用前景。本文详细分析了氢和氨的理化特性与燃烧特性，并对比了氢发动机的进气道喷射与缸内直喷技术，其中缸内直喷在性能和排放控制方面更具优势。同时，介绍了北汽氢发动机和氨氢发动机的开发进展，包括技术路线选择、关键零部件开发及性能优化。氢、氨发动机在实际应用方面仍存在诸多挑战，氢发动机面临氢脆、喷射控制精度要求高等难点，氨发动机则需解决腐蚀、燃烧稳定性及污染物排放等问题。未来，氢、氨发动机的开发需在材料、燃烧控制及系统集成等方面取得突破，以助力“双碳”目标实现。

体积层析重建技术（VTRT）能够通过重建获取火焰等复杂流场的三维信息，在燃烧诊断研究及相关工程应用开发中具有重要价值，已受到众多研究人员的重视。由于传统代数重建技术（ART）存在计算成本高、重建效率低等缺点，越来越多的研究者将关注点转向基于深度学习的三维火焰诊断方案。然而，当前用于三维火焰重建的神经网络通常依赖三维火焰数据进行训练，这在实际场景中降低了其实用性。此外，兼具高计算效率与高空间分辨率的重建方法仍然是一项挑战。在本研究中，我们将可微体积渲染（DVR）的概念引入三维火焰层析重建中，并采用一个单一的全连接神经网络模型（MLP），同时重建两个具有时间相关性的三维火焰。该基于DVR的神经网络训练仅需来自多个视角下的二维火焰图像。为了验证所提方法的有效性，我们对湍流射流火焰进行了重建测试，并与传统的ART重建方法进行了对比分析。结果表明，基于可微体积渲染（DVR）的重建神经网络在重建效率和分辨率方面表现出色，在重建保真度、计算效率和内存占用方面均明显优于ART方法。

为实现涡轮增压器向大流量高压比发展，需要对涡轮增压器的主要激励源分布及其贡献量进行探究，从而保证其可靠稳定的运行状态。对涡轮增压器激励分布的准确识别，全面评估各激励的贡献度，对于实现其噪声与振动控制具有重要意义。该研究基于最优传递路径分析(Operational transfer path analysis，OTPA)方法，以某型柴油机涡轮增压器轴承体的加速度信号作为目标响应点，建立其振动-噪声传递路径分析模型，详细分析了该增压器的主要激励分布以及传递路径贡献量。结果表明：在低频范围内，发动机基础激励的贡献占主导地位。当达到气动载荷基频时，压气机端气动载荷激励的贡献增大，甚至高于发动机的基础激励。随着增压器转速的升高，基频不断增大，其贡献量也逐渐增大，而涡端气动载荷激励的贡献一直较小。在相同的气动载荷条件下，发动机转速越高，扭矩越大，目标点的振动响应越大。

本研究针对针阀偏心工况下涡线空化形态演化机制及其对流通特性的影响规律展开系统研究。基于VOF多相流模型，ZGB空化模型与雷诺应力湍流模型，结合涡流分析方法，揭示了偏心角度与偏心距变化对空化形态、涡结构演化特性及流场动态特性的作用机理。研究表明：随着偏心距增大，空化区域呈现明显不对称分布特征，偏离侧涡线空化破碎频率提高，波动不稳定性加剧。偏心效应导致主流区涡量强度增加，增强了空化-涡相互作用，使压力脉动幅值降低。流通特性分析表明，偏心工况下流量系数下降1%-16%。研究结果为优化针阀结构设计、抑制空化失稳现象提供了理论依据。

液氨作为一种零碳排放的替代燃料，在内燃机领域受到越来越广泛的关注。液氨的物性与传统碳氢燃料存在显著差异，其喷嘴内部流动特性及近场雾化特性目前尚不清晰。本研究基于大涡模拟（LES）和流体体积（VOF）模型，对液氨和柴油喷嘴内部的空化形态及近场雾化特性进行了对比分析。由于两种燃料的饱和蒸汽压、粘度、表面张力等物性参数差异显著；因此，在Schnerr–Sauer空化模型中，气泡数密度基于异质成核理论分别计算。研究结果表明，在相同工况下，喷嘴内液氨的质量流量、流量系数（Cd）和面积系数（Ca）均显著低于柴油。相同工况下液氨较柴油喷雾速度更快、贯穿距更长，且因空化增大湍流强度，其蘑菇头破碎角大小及液柱破碎程度均更优。液氨在高压喷射下虽然易产生空化并带来有效流通面积损失，但空化同时增强了近场喷雾的湍流剪切作用和近场雾化效果。通过合理协调喷射压力与环境压力，可保证在满足质量流量的前提下，进一步提升液氨的近场雾化质量。

随着发动机技术的发展，喷雾产生的液滴所处的环境也越来越复杂，液滴相变不仅包括传统蒸发，过热工况下还会发生闪急沸腾现象。该现象能够促进喷雾雾化并增强湍流特性，而喷雾雾化质量对混合均匀性及燃烧性能具有决定性影响。该研究通过数值模拟方法，研究了宽过热度下闪急沸腾喷雾的雾化特性，重点分析了喷雾锥角的演变规律及其影响因素。基于CFD模拟与多组实验数据，构建了改进的喷雾锥角预测模型，引入密度比修正项以提升预测精度。研究结果表明，闪沸喷雾表现出独特的坍塌现象，其近场扩散特性与传统工况存在差异；喷雾锥角随过热度增加而增大，且在强闪沸工况下存在临界阈值，超过该值后形态变化趋于稳定。此外，环境压力与喷射温度对喷雾形态的影响机制通过动态关联模型得到量化表征。

本研究通过搭建稳态传热试验台，模拟内燃机气缸内部传热过程，探究不同热源温度（673–873K）和冷却条件（20 L/min，289K）下的温度分布特性。试验基于130 mm缸径柴油机改造，固定活塞至下止点（BDC）并去除活塞环以简化模型，采用电加热棒模拟燃烧放热，热电偶测量活塞（中心及周向孔）和缸套（环槽/环岸位置）温度。结果表明：（1）活塞轴向导热主导传热，673K工况下第一道环槽温度较环岸高10.01K；（2）缸套非单调温度分布（第一环槽＞第二环槽＞环岸）表明气体对流不可忽略；（3）冷却使缸套温度降低20–40K，但活塞顶部温度仍高于内部15–25%；（4）冷却系统呈现空间不均匀性，冷却效果：缸套＞活塞环槽/环岸＞活塞顶部；（5）出口冷却水温度随时间增加减小。试验数据（温度误差±0.15K，功率误差±1%）为内燃机热管理研究提供了稳态传热基准，支撑后续仿真模型验证。

通过数值模拟的方法，在过量空气系数为1.73时，研究了额定负荷下喷油策略和点火策略对直喷汽油机燃烧特性的影响并解析发动机燃烧极限。结果表明：在喷油策略方面，调整喷油时刻对燃烧过程的影响最大， -89°CA ATDC时刻喷油发动机的燃烧效果最好，将发动机指示热效率提升至42%。在点火策略方面，保持点火能量110mJ不变的情况下，单次70%的能量分配点火模式对发动机的火核发展和火焰传播的影响最大，此点火模式可以有效缩短滞燃期和燃烧持续期，并在过量空气系数1.73的条件下可将发动机指示热效率提升至42.2%。采用2次点火，单次能量55mJ，喷油时刻-89° CA ATDC和循环喷油减小4.4mg的条件下，成功将过量空气系数拓展至2.1，将指示热效率提升至42.7%。

本文介绍了在温度为100℃-200℃下，标准压力下，在湍流环境中对单液滴蒸发特性研究的实验结果。在设定的温度下，将单液滴悬挂在热电偶丝节点上，通过驱动电机放置在球形燃烧室中心进行蒸发。初始液滴直径基本都在1.5-1.8mm左右，湍流强度可以用风扇转速来等效。结果显示，液滴的无量纲直径的平方随着时间呈现线性变化，这表明d^2定律在湍流条件下也是成立的。湍流对于液滴的蒸发过程存在一定的有效性，湍流主要是增加液滴表面分子的扩散速率和增加液滴表面的热量传递来促进液滴蒸发的结果。分析了湍流和温度对液滴蒸发速率常数和湿球温度的影响。发现三种燃料有所差异，可能是由于其自身的物性参数所导致。我们还基于湍流雷诺数对液滴的蒸发速率进行拟合，以此来获取无量纲蒸发速率表达式，通过现有的公式来预测其他环境条件下的液滴的蒸发速率。

近年来，氨被认为是解决氢储运过程中安全和成本问题的载体之一。通过车载氨分解装置(Decomposition unit, DU)，氨可以转化为氢气，实现车辆按需制氢。在各种氨分解方法中，滑动弧等离子体(Gliding arc plasma, GAP)技术因其可在高流率下高效工作且响应迅速而适用于车载DU。然而，目前缺乏对GAP裂解氨过程复杂动力学的研究，这阻碍了基于GAP的车载裂解单元的深入研究与优化。本研究设计了氨裂解反应过程的求解代码，建立了GAP辅助氨裂解的准一维模型，同时耦合了等离子体反应、热裂解反应。基于此，研究了GAP促进氨分解过程的动力学机理，并对关键组分进行敏感性分析以研究氨裂解过程。结果表明，NH₃ + H → NH₂ + H₂是氨耗和制氢最快的反应，占氨耗的51.9%、制氢的82.1%。研究结果有望为基于GAP的氨分解反应器的设计和优化建立基础，从而促进车载氨裂解制氢技术的应用。