柴油/醇类多组分表征燃料机理对于研究双燃料发动机燃烧过程和有害物生成至关重要。鉴于此，本文利用解耦法先构建了由耦合PAH氧化反应路径的甲苯参考燃料（TRF-PAHs）、正十二烷、环己烷组成的柴油五组分表征燃料机理，而后将甲醇、乙醇、丁醇及其同分异构体简化机理与其耦合，提出了一种包含455种组分和2294个反应的耦合PAH氧化反应路径的柴油/醇类多组分表征燃料机理。该机理经详细机理计算结果和实验验证后，用于柴油掺混不同醇类燃料燃烧对PAHs生成的影响研究。结果表明：直链醇类燃料如正丁醇和甲醇能够通过OH优势路径和低C₂H₂产量实现对PAHs的双重抑制，而支链醇如叔丁醇则会因裂解路径缺陷导致C₂H₂富集，促进PAHs的生成。

针对目前热驱动热声制冷系统存在的温度匹配限制和结构复杂等问题，设计并搭建了单核旁通型热驱动热声制冷实验系统。通过在发动机入口设置旁通管路，实现声功分流，保证系统可靠性同时提升系统性能。实验结果表明，旁通结构有效突破了温度匹配限制，提升了高温热源下的能效表现。在环境温度35 ℃、制冷温度7 ℃的典型空调工况下，系统制冷系数（COP）可达0.63。本研究为改善热驱动热声制冷系统性能提供了一种新的技术手段。

活塞作为发动机实现热能与机械能转换的核心运动部件，其轻量化对提升发动机动力性能、燃油经济性及NVH性能至关重要。本文围绕发动机活塞轻量化展开系统研究，通过第三类边界条件计算得到活塞顶面、环槽、裙部及内冷油腔等关键部位的换热系数公式，为热性能仿真提供依据。建立了轻量化前后活塞的温度场仿真模型和热机耦合仿真模型。结果分析表明，该轻量化方案实现活塞减重 3.2g，轻量化后顶部温度峰值略升至286℃，热应力与热机耦合应力峰值分别达 161MPa、191MPa（均低于铝合金 210MPa 抗拉强度），疲劳安全系数最低为1.206（≥1.2），该方案在保证强度前提下实现了铝合金活塞减重。

在 “双碳” 战略与内燃机高强化发展的双重驱动下，钢活塞凭借优异的高温强度与抗疲劳性能，逐步取代传统铝硅合金活塞。为解决高强化柴油机钢活塞强度可靠性、轻量化和散热性的多目标耦合矛盾，本文以直列四缸柴油机钢活塞为研究对象，通过薄壁油腔结构的轻量化设计。结合CFX流体仿真与Abaqus热-机耦合分析，系统探究油腔壁厚结构参数对活塞性能的影响规律。结果表明：优化后的薄壁油腔结构使活塞质量较传统厚壁结构减轻139克；活塞最大热应力从333.93MPa降至318.562MPa。该研究实现了轻量化与力学性能、热管理效率的协同优化，为高强化柴油机钢活塞的工程应用提供理论支撑与技术方案。

本研究探讨了微波等离子体辅助氨气/氢气/空气燃烧的火焰特征与主要自由基OH、NH、NH2浓度变化以及NO排放规律，实验测量了不同微波功率（500-700W）、不同当量比（0.6-1.1）、不同氢气掺混比（0-20%）对自由基浓度、NO排放和火焰特征的影响。结果表明：随着微波功率的不断提高助燃火焰高度逐渐升高、OH和NH2自由基辐射强度不断增强；随着当量比的提高，助燃火焰高度先降低后增加、OH自由基辐射强度先增加后降低，在富燃条件下的助燃效果更为稳定；随着掺氢比的提高助燃火焰高度逐渐降低、OH自由基辐射强度呈现降低的趋势。这些发现为氨气清洁高效燃烧技术的开发及等离子体稳燃技术的应用提供了重要的实验数据和指导，有利于新型零碳燃烧技术的研发。

二级涡轮增压技术有效解决了高功率密度柴油机宽流量高增压难覆盖的问题。但是二级涡轮增压的引入也导致系统复杂性、控制难度与耦合效应的显著提升。以某采用二级可调涡轮增压系统的高功率密度柴油机为研究对象，在额定转速3600 r/min的全负荷工况下，选取喷油量、喷油提前角、级间中冷参数等共10个控制参数作为输入，开展多参数优化匹配研究。基于GT-Power搭建发动机零维仿真模型，利用发动机有效试验数据对模型进行校核。采用拉丁超立方实验设计方法高效获取样本数据，结合modeFRONTIER多目标优化平台与响应曲面法构建代理模型，对系统进行多参数协同优化。在满足多项约束条件的基础上，pilOPT多目标优化算法，求解提升柴油机综合性能的帕累托最优解集。优化后发动机的经济性与输出转矩均得到提升，扭矩提升4.54%，指示燃油消耗率降低1.18%，为高功率密度柴油机二级可调增压系统多参数优化迭代效率提供理论支撑与技术依据。

基于热化学储能技术的斯特林“热电池”将CaO/CaCO3热化学储能体系与自由活塞斯特林机结合，具有储能密度高、成本低、系统简单、可靠性高等优点，具有广阔的发展前景。对利用集热式太阳能的斯特林“热电池”系统进行建模仿真研究发现，该储能系统储能密度高达58.04kWh/m3，远高于气态压缩空气储能系统（一般1.5~6 kWh/m3）。研究还发现，影响斯特林“热电池”储能密度的主要因素包括碳酸化转化率、斯特林热端传热效率和斯特林发电效率，且基本为线性正比关系。

本文以N6230CRGP型微引燃气体机为研究对象，基于台架试验系统研究了燃气喷射角度、燃油轨压及喷射提前角等关键参数对发动机性能的影响。主要结论如下：1）当燃气喷射角度处于350°CA–360°CA范围内时，可有效降低燃气消耗率，并减少扫气过程中的燃气损失；在低负荷工况下，该参数对燃气消耗的影响不显著。2）轨压与提前角增大均会提升缸压曲线整体水平，但过大的提前角可能引发爆震。3）低负荷工况下，较小的提前角对应较低的气耗；高负荷工况下，提高轨压与提前角有助于进一步降低气耗。4）各工况下，轨压与提前角的增加均会导致NOx排放上升；CO排放受工况影响显著：在25%负荷下，高轨压时提前角对CO影响较小，低轨压时提前角增大可降低CO排放；高负荷下，提高轨压与提前角有助于减少CO生成。

热气机作为效率高、排放低的外燃机，其关键传动部件在高温、高压及交变载荷下的动态特性与结构完整性，直接决定整机的可靠性、使用寿命与机械效率。为精准分析部件受力规律及潜在失效风险，本文以某8缸热气机为研究对象，采用多体动力学与有限元分析相结合的方法，建立活塞杆、连杆、曲轴等关键部件的有限元模型并进行模态缩减，形成高效缩减模型。考虑实际工作气体力与惯性载荷，建立单缸活塞组模型和完整的传动系统多体动力学模型，并以转速验证模型的正确性。提取多体动力学仿真得到的载荷谱，利用线性应力计算方法对关键传动部件进行三维应力云图计算分析，识别其应力集中的危险区域，为结构强度和可靠性优化设计提供技术指导。

为应对日益严格的船舶排放法规，现代船用发动机普遍采用长而复杂的尾气后处理系统，然其尾气管路工作承受着高温废气与复杂机械载荷的联合耦合作用，易产生过大热应力与变形，从而威胁其结构强度、可靠性设计和运行安全。本文以某型船用低速柴油机尾气管路为对象，建立其有限元模型，通过Fluent软件模拟整个管路高温废气在管路内的流动与传热过程，结合SCR系统结构和工作环境，仿真计算管壁的温度场、压力和对流换热边界条件，最后以热负荷和压力载荷，分析研究管路在热-结构耦合下的应力应变和结构特征。研究结果表明：在额定工况下，最大等效应力为189.64MPa，低于材料屈服强度；管路系统存在30.02mm的最大变形，需通过波纹管适当控制形变量；管路结构系统模态前六阶固有频率在5.03Hz–8.23Hz范围内，避免了低速机转频共振区。