利用复合激光诱导荧光(PLIEF)技术，在一个定容弹里定量研究了柴油喷雾撞击平板后的燃油分布，重点研究了撞壁距离对气相燃油分布的影响．结果表明：撞壁对燃油分布有重要影响，随着撞壁距离的增加，气/液相喷雾撞壁时刻延迟甚至不与壁面接触，当量比φ＞2 区间的气相燃油质量分数减小，1＜φ≤2 区间的气相燃油质量分数增加到一定数量并保持变化不大，0＜φ≤1 区间的气相燃油质量分数逐渐增加．数值模拟计算的结果发现，存在一个基于氮氧化物(NO)和碳烟(soot)排放折中的最优撞壁距离与喷孔直径之比(L/D)范围使得液相燃油不与壁面接触，φ＞2 区间和0＜φ≤1 区间的气相燃油质量分数较小，1＜φ≤2 区间的气相燃油质量分数较多，NO 和soot 排放都较小．根据计算结果拟合了基于NO 和soot 排放折中的最优撞壁距离范围的经验公式，可以很好地预测不同工况下的最优撞壁距离范围．

柴油机中燃用掺水乳化柴油有提高燃烧热效率的潜力，并同时降低碳烟和NOx 排放．利用定容燃烧弹台架，对比试验了纯柴油和掺水乳化柴油的燃烧特性，并重点研究了环境温度对掺水乳化柴油喷雾和燃烧特性的影响．结果表明：相比于纯柴油，掺水乳化柴油能明显降低燃烧过程中碳烟的生成量；掺水乳化柴油中水的蒸发和微爆作用随环境温度的升高逐渐增强，能有效促进喷雾雾化和油、气混合过程；随着环境温度的升高，掺水乳化柴油的滞燃期及火焰升举长度均减小，燃烧火焰亮度增大．高环境温度工况下，碳烟前期生成速率和后期氧化速率均增大，使得不同环境温度工况下掺水乳化柴油最终碳烟的排放量相差较小．

采用输运概率密度函数模型(TPDF)开展了不同初始环境温度、氧体积分数下正庚烷喷雾火焰发展过程模拟研究．以发动机燃烧网络(ECN)试验数据为基准，首先将模拟得到的着火延迟期和火焰浮升长度与均质反应器模型(WSR)模拟结果以及试验结果进行对照，发现氧体积分数较低时，由于TPDF 模型能够对小尺度上组分和温度的湍流波动进行精确求解，可获得准确的燃烧特征量．然后基于TPDF 方法，系统分析和对比了不同初始环境条件下准稳态火焰结构以及火焰发展过程的燃烧特征，发现在不同的初始温度和氧体积分数条件下，着火均首先出现在浓混合气区域．降低初始环境温度，高当量比区域反应活性下降，导致着火推迟，燃油与空气有更长的时间进行混合；降低温度的同时降低氧体积分数，则导致着火进一步推迟，油、气混合更为充分．着火位置混合气的浓度较高温、高氧体积分数条件有所降低，燃烧消耗了本来就不足的氧气，导致高当量比区域更难发生反应．

通过一款涡轮增压汽油机，研究了不同的进气湿度对发动机性能的影响．试验结果表明：随着湿度的增加，一方面实际进入缸内参与燃烧的干空气量下降，另一方面燃烧相位和燃烧持续期恶化，两者共同导致发动机的实测转矩降低而燃油消耗率升高．在大负荷工况时，发动机的抗爆性因湿度增加而得到改善，通过优化发动机的点火提前角，可以改善发动机的燃烧相位，增压发动机在大负荷工况的燃油消耗率反而降低，降低了1.4%～1.8%．

设计了一台船用柴油机稳态扫气光学试验装置，用以研究低速二冲程船用柴油机的扫气过程．利用立体粒子图像测速技术对不同参数下的缸内扫气流场进行了研究．结果表明：随着扫气口径向切角的增大，平均涡心位置与气缸轴线的偏离增大，涡流强度有所增强，气流的轴向速度呈现先增大后减小的趋势；随着扫气口开度的减小，涡心附近的轴向速度先有所增大，当扫气口开度降低到25%时，轴向速度大幅度减小，并出现回流现象．为通过流场评估扫气性能，提出了“扫气非均匀性系数”．试验发现在扫气口径向切角为15°及20°时扫气性能较好，此外，扫气口开度对扫气性能的影响仅体现在扫气口开度较小时，此时在扫气口附近的轴向速度均匀性差，影响扫气性能．

针对4 气门汽油机为获得缸内大尺度涡流减小进气流量的问题，提出可旋气门变相异升程方法，即采用带背脊气门旋转加强涡流，并通过调整进气凸轮相异角改变两个进气门升程差调整涡流．仿真与试验证实，在稳态流动状态下，随着相异角的增加，涡流尺度增加．存在相异角时，在凸轮轴转角小于80° CaA 和大于100° CaA 的情况下，分别在缸内产生一次较大尺度涡流，且方向相反．研究表明：气门旋转可促进大尺度涡流的产生，可旋气门变相异升程在不减小进气量的情况下可以对缸内涡流运动进行调节，相异角为8°时，涡流比可达0.51，平均流量系数偏差仅为0.9%．

设计3 种不同尺寸的锥度孔透明喷嘴，在尽可能抑制壁面空化的情况下研究了喷油压力、喷嘴孔尺寸及针阀升程对喷嘴内线空化的出现规律、强度及瞬态特性的影响，进而对喷雾的影响．结果表明：在喷嘴低针阀升程时会存在起源于针阀锥面处的线空化，可轻易延伸至喷孔出口，形态粗壮，引致非常大的喷雾锥角，而随针阀的抬起，这类线空化消失，代之以孔与孔之间的线空化，空化形态较细，对喷雾锥角影响相对很小，这为柴油机启喷阶段和喷油末期喷雾锥角的骤增与波动提供了一种合理解释；喷雾锥角的波动与线空化发展程度及其延伸至喷孔出口处的空化厚度间存在强烈的依存关系；线空化对喷雾的影响存在迟滞现象，这与空化泡喷出喷孔后破裂及流体运动惯性有关．

在定容燃烧弹内模拟柴油机上止点工作环境，进行喷雾燃烧试验．在环境氧体积分数为15%和21%时，用热泳探针在喷雾火焰不同轴向位置进行碳烟采样，用高分辨透射电镜(HRTEM)对样本进行观测和分析，研究不同环境氧体积分数对柴油碳烟颗粒形貌与纳观结构的影响．结果表明：环境氧体积分数从21%降低到15%，碳烟基元颗粒的氧化过程受到抑制，基元颗粒平均直径和团聚物回转半径增大，微晶碳层片段长度减小，扭曲度增加，基元颗粒石墨化程度降低；在同一氧体积分数下，随着采样位置远离喷孔，基元颗粒直径和团聚物回转半径减小，微晶碳层片段长度增加，扭曲度降低，基元颗粒石墨化程度增加．

基于可视化单通道试验台架，采用固体颗粒发生器产生来流颗粒使颗粒均匀沉积到柴油机颗粒捕集器(DPF)过滤壁面上，使用激光位移传感器在线测量过滤壁面上颗粒层厚度和电镜离线观测颗粒层形貌与结构，对碳黑颗粒特性和灰沉积量在DPF 过滤壁面上的沉积过程开展研究．结果表明：针对颗粒层厚度曲线，沉积过程可分为深床期、长树期、搭桥期及颗粒层期；而针对过滤压降曲线分为深床期、过渡期和颗粒层期．随壁面过滤速度增大，过滤压降增大，颗粒层厚度增大，形成的颗粒层越致密，且厚度曲线进入颗粒层期的厚度从15 μm 增加至约30 μm. 在固定的壁面过滤速度工况下，由于碳黑颗粒特性存在差异，颗粒自身团聚程度越高(SB4A＞FW200＞PU)，对应的最终过滤压降和堆积密度越大．在有灰沉积的工况下，随着灰沉积量从0 g/L 增加至6 g/L，沉积碳黑颗粒时，DPF的初始压降增大，但最终过滤压降和碳黑颗粒层的堆积密度呈先减小后增大的趋势，尤其在灰沉积量为2 g/L 时同时达到最低．

基于矩方法算法和预混火焰程序，实现一维预混火焰中汽油替代燃料燃烧生成碳烟的详细数值模拟．其中气相详细模型为包含多环芳烃(PAHs)生成机理的多组分汽油替代燃料反应动力学模型，详细碳烟颗粒相模型包含成核、凝并、PAHs 表面沉积、表面生长和表面氧化过程．结果表明：燃烧过程中苯(C6H6)分子摩尔分数是影响PAHs生成的直接原因，决定了汽油替代燃料生成PAHs 摩尔分数的大小；芘(C16H10)分子摩尔分数直接影响碳烟的生成过程，决定汽油替代燃料碳烟排放水平；可依据汽油替代燃料的组成评价燃烧生成PAHs 和碳烟的水平，汽油替代燃料中甲苯/二异丁烯总含量越高，其生成PAHs和碳烟量越大，反之亦然．