二冲程自由活塞发动机分为单自由活塞式、双自由活塞式和对置活塞式三种。本论文主要研究的是单自由活塞式的二冲程发动机。它既具有二冲程发动机的结构简单、质量轻等优点,又具有自由活塞自身压缩比可变等的优点。其中换气过程是二冲程发动机整个工作过程中最为重要的环节,进入并存留于气缸内的空气量的多少决定了柴油机每缸的最大功率的数值,因此换气过程的好坏直接影响发动机的性能。国内外专家对于自由活塞发动机的研究关注的比较多,设计出了多代样机,不过目前国内对于二冲程自由活塞发动机的扫气过程的改进和仿真模拟涉及的还比较少。本论文正是基于这点而进行研究的。本论文的主要内容有:(1)搜集国内外涉及自由活塞发动机的先进资料,结合内燃机设计的基本理念,对现有样机E150进行了改进设计,特别是换气部分的。(2)利用三维软件catia对已改进的发动机进行几何简化建模,并且基于影响换气过程的几何因素,对扫气道的布置进行了几种不同方案的搭建。(3)利用CFDesign流体仿真软件,对已构建好的三维模型进行仿真分析。首先将实体几何模型导入仿真软件进行网格划分,根据有限体积法,将需要离散的几何部分进行四面体细微网格划分,使划分网格后结构更加符合原来模型。应用流体动力学及二冲程发动机工作原理的知识,设置活塞运动规律参数,在扫气过程中,即从扫气口打开到关闭的整个过程。然后进行二冲程自由活塞单缸发动机扫气效率,活塞上止点压力及紊动能等流体动力性数据和图形的研究分析,得出了一个比较合理的设计结论,并归纳出单缸机流场设计的方案,为实际单缸机设计改进和流场分析提供理论支持。