在一台由增压中冷的电控单体泵柴油机改造成的柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)发动机上，为了扩展高负荷下甲醇的最大替代率，研究了通过调整喷射时刻和排气背压并结合废气再循环(EGR)技术来提高甲醇最大替代率时对燃烧和排放的影响．试验中选择欧洲测试标准稳态循环(ESC)A(1,660r/min)、B(2,090r/min)转速下的75%和100%负荷，结果表明：在高负荷下采用EGR 技术不仅可以大幅度提高甲醇最大替代率，还可以降低最高燃烧压力和压力升高率，显示了DMCC 燃烧方式对EGR 具有良好的兼容性；增加排气背压和推迟喷射时刻也可提高甲醇最大替代率，高转速下增加排气背压的效果更优．通过上述方式，高负荷下甲醇最大替代率从30%～50%提高至66%～75%，当甲醇最大替代率时，预混燃烧比例大幅度增加，放热更为集中，燃油消耗率的最大降低幅度为13.83%．甲醇最大替代率时与低EGR率相耦合，NOx和soot排放均同时大幅度降低．

为了控制压燃式发动机的气体排放，在一台增压中冷共轨发动机上对聚甲氧基二甲醚(PODE)引燃乙醇均质充量的复合燃烧性能及其气体排放特性进行了研究．结果表明：随着进气道预混乙醇比例增加，复合燃烧滞燃期被延长，其预混燃烧量与放热率峰值增大，扩散燃烧量降低；复合燃烧的NOx 排放随着预混乙醇比例增加而降低，但m(NO2)/m(NOx)值显著增大，经过氧化催化转换器(DOC)后，纯PODE 燃烧的m(NO2)/m(NOx)值增大而复合燃烧的m(NO2)/m(NOx)值减小；复合燃烧的HC、CO、甲醛和乙醛排放量均明显高于纯PODE 燃烧，且随着预混乙醇比例增加而增大，但可以被DOC 高效氧化．复合燃烧的HC、CO 和NOx排放量经过DOC 后均明显低于纯PODE燃烧的排放，而甲醛、乙醛和NO2排放量与纯PODE燃烧时处于同一水平．

在定容弹上利用高速摄影纹影法开展了不同环境压力和喷射压力下的天然气/柴油双燃料高压喷射射流特性试验．通过纹影照片得到了不同喷射压力和环境压力下的射流贯穿距、射流锥角和射流面积随时间变化的规律．结果表明：随着环境压力增大，天然气贯穿距和射流面积减小，射流锥角增大；随着天然气喷射压力增大，天然气射流贯穿距与射流面积增大，气体射流锥角逐渐减小．在较高环境压力和喷射压力情况下，双燃料喷射中的柴油射流对天然气射流的发展具有促进作用．当环境压力达到0.9MPa 时，双燃料射流中的气体射流锥角比单燃料射流高出12%，双燃料射流中的气体射流贯穿距比单燃料射流整体低了5%左右．

以S1100 小功率非道路柴油机为研究对象，提出从机内和机外净化两方面对其进行排放控制方案优化并试验．机内净化从油、气混合和燃烧的“数量、时间、空间”关系分析，给出低排放燃烧过程的技术路线，通过进/排气道流道结构的优化提高气道的流量系数，增加进气量，增大过量空气系数使燃烧完善；通过供油提前角改变控制NOx 排放值，通过燃烧室形状结构设计、控制压缩余隙等减少无效燃烧空间和优化喷油嘴喷油油束在燃烧室的空间分布，改善空间油、气混合均匀性，实现快速燃烧．优化燃烧过程使柴油机性能改善、排放减少，柴油机初次排放试验结果已低于国Ⅲ排放标准限值．用安装氧化催化器(DOC)的一体式净化消声器，进一步降低CO、HC 和PM 排放，整机的CO、HC＋NOx和PM 排放试验结果分别为0.38、5.63 和0.41g/(kW·h)，所占第三阶段对应排放限值分数分别为6.91%、75.07%和68.33%，使用有效寿命期内有较大的劣化余量，S1100 柴油机能满足国Ⅲ排放标准的要求．

基于OpenFOAM，采用简化耦合的多相流模型(S-CLSVOF)对液滴破碎进行了数值模拟研究．自适应网格加密(AMR)技术的应用提高了界面捕捉能力，同时减低了计算成本．基于该数值方法，首先考察了We 数对液滴拽力系数和破碎形态的影响．结果表明：We 数并不影响变形初期的拽力系数；随着We 数增加，破碎液滴依次呈现帽状、帽状/液网及帽状/液丝结构．其次，研究了宽Ohnesorge 数(0.001～2.000)范围内的袋式破碎临界We 数，并基于模拟结果和Rayleigh-Taylor 不稳定性，改进了袋式破碎临界We 数的理论预测模型．最后，考察了液滴对相互作用下的破碎，结果表明，回流区的竞争/融合分别抑制/促进液滴对的变形与破碎．

基于大涡模拟方法对超临界喷射进行数值分析，使用真实气体状态方程SRK 计算流体的热物性和输运特性．研究对象是定容弹内低温液氮超临界喷射，假定初始入口条件不变，重点考察了不同环境压力对超临界喷雾特性的影响．结果表明：由于射流流体与周围流体之间存在较大密度比，射流表面形成显著的密度分层，并起到限制射流流体向径向扩展的作用．随着环境压力的提高，由于射流和周围环境的密度比降低，射流表面不稳定增加，比较容易形成不稳定涡，从而更有利于射流与周围气体的混合，因而液核长度也比较短，表明随着压力的增大，射流与周围气体的混合效果更好．进一步分析发现，环境压力对热物性和输运特性的影响较大，而对湍动能和速度场的影响不大．

基于射流不稳定性理论系统研究了一个圆柱形可压缩气流喷入有限厚度的幂律流体的时间模式不稳定性．在对幂律流体本构方程线性近似的基础上，推导了表征轴对称模式幂律流体气流雾化射流不稳定性的色散方程．通过数值计算，分析了液相雷诺数、韦伯数、气/液密度比和速度比、气流马赫数以及幂律指数对于剪切变稀流体与剪切变稠流体两种情形气流雾化射流的不稳定性影响．结果表明：无论是剪切变稀情形还是剪切变稠情形，液体的黏性力总是抑制其不稳定性，减小幂律指数均可促进幂律流体气流雾化射流的不稳定性．随着气流速度的不断增大，由气/液相互运动导致的剪切波逐渐主导幂律流体气流雾化射流的不稳定性与破碎过程．当液相的参数保持不变，增大气流密度、气流速度以及气流可压缩性均可有效地促进幂律流体气流射流的破碎．空气动力是促进幂律流体射流破碎的有效措施．同时，对于一个小韦伯数，表面张力促进气体射流不稳定性；而随着韦伯数增大到临界值后，表面张力将会逐渐抑制其不稳定性．

针对内燃机缸盖鼻梁区严重的热负荷问题，以一款高强化增压水冷式柴油机为研究对象，借助内窥式高速摄像技术，搭建了缸盖水腔内鼻梁区沸腾换热试验系统．在不同柴油机运行工况下分别获得了不同进口过冷度及进口流速下沸腾气泡演化行为图像．图像分析结果表明：在标定工况下，随着冷却液过冷度的下降，沸腾气泡数量增多，尺寸增长加快，气泡滑移速度增加；在最大转矩工况下，沸腾气泡当量直径比低速大负荷工况时增大20%左右，气泡滑移速度比低速大负荷工况时提高近2 倍．

利用量纲为1 的基础关联式，考虑活塞内冷油腔结构、两相流的物理特性和局部流动特性对传热系数的影响，分析不同缸径活塞在不同发动机转速时内冷油腔内流体的流动特性，建立对流换热系数的预测模型．结果表明：雷诺数和普朗特数乘积的自然对数值随发动机转速的增加而增大；在发动机转速相同时，随着内燃机活塞缸径的增加，内冷油腔内流体的雷诺数和普朗特数乘积的自然对数值随之增大．通过对比数值模拟和硬度塞试验测试结果可知，对流换热系数预测模型可有效预测内冷油腔的传热系数，能为内冷油腔的设计提供一定的理论依据．

针对目前机械零部件接触关系建模普遍采用光滑表面，而没有考虑表面粗糙度影响的问题，基于各向异性分形几何理论的热弹塑性法向接触力学模型，以多参数为自变量，建立了粗糙表面热弹塑性接触扩展分形模型．从常物性和变物性两方面，分别计算得到内燃机缸盖-缸垫结合部法向负荷理论值，并与缸盖-缸垫-机体-螺栓四体三维热弹性接触有限元简化模型计算得到的仿真值进行比较和分析．结果表明：在靠近两排气门间的缸口处，是否考虑材料变物性对计算结果有较大影响；零部件接触表面粗糙度对法向负荷等接触状态具有影响，目前常用的光滑表面有限元建模计算所得结果与实际情况存在偏差．