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随着汽车保有量的增加,世界能源危机和环境问题日益严重,探索新能源成为汽车行业创新技术研究的主攻方向；近年来,天然气作为一种储量丰富的代用燃料,其燃烧充分、排放低、价格优惠、安全性高等优势,已受到内燃设计者们的广泛关注。车用天然气以高压气态(CNG)或者低温液态(LNG)存储,CNG汽车因携带车载高压钢瓶存在着续驶里程短、运输充气不便等问题,LNG低温液态存储技术的实现节约了存储空间,提高了续驶里程。目前LNG汽车主要采用LNG缸外汽化后预混或者进气道直喷供气的方式,存在充气效率低、汽化器工作不稳定等问题。如果采用LNG缸内液态直喷,既能直接利用LNG汽化的大量冷能降低缸内温度,又能进一步加大续驶里程。本文基于某六缸直列四冲程天然气发动机燃烧室,通过AVL-Fire软件建立了LNG缸内液喷的仿真模型,细化了喷雾区域的网格,并用Fortran语言编程建立了喷雾过程所需的LNG燃料特性数据库,与Fire软件耦合后对LNG液态喷雾过程作了三维数值模拟计算。本文的研究内容和研究成果主要有以下几个方面：LNG液态喷雾过程产生闪蒸沸腾的现象,影响混合气的形成、浓度、温度场,本文在阅读国内外相关文献的基础上,深入分析了LNG闪蒸沸腾喷雾蒸发与雾化混合的机理,并分析了不同影响因素对LNG喷雾的影响。结果表明,LNG液态喷射时,喷雾出现闪蒸沸腾现象,LNG液体在喷入气缸后2°CA之内迅速沸腾变为气体,曲轴转角4°CA内LNG液滴的索特平均直径由150μm减小至35μm,在之后的蒸发过程中SMD最小可达5μm。当背压为1个大气压,启喷压力为1MPa时,LNG喷雾贯穿距约60mm,启喷压力在2、4MPa变化时,LNG喷雾贯穿距分别为62mm、60mm,可见LNG喷雾在较低压力下仍能达到较高启喷压力下的喷雾特性。当启喷压力为2MPa时,环境背压分别为1,1.5,2个大气压时,LNG喷雾贯穿距分别为60mm,50mm,34mm,可见环境背压对LNG喷雾的影响比较明显。同时燃油喷射的温度和缸内温度对LNG喷雾特性也有一定的影响,燃油温度分别为110K和170K时,LNG喷雾贯穿距和SMD变化浮动不超过5%,缸内温度对LNG喷雾的影响较大,缸内温度从25℃上升到45℃时,LNG液滴完全汽化时间缩短曲轴转角20°CA。在喷雾特性研究的基础上,本文还研究了不同因素对LNG液态喷射缸内流场、温度场、浓度场的影响,结果表明LNG液喷液束两侧产生涡团,缸内温度场大幅下降,压缩上止点处最高温度为718K,缸内平均温度为600K；喷液定时对液态LNG缸内喷射混合气的形成有较明显的影响,喷液时刻越早,混合气越均匀。喷液时刻为上止点前80°CA时,缸内混合气均匀,在压缩上止点处缸内燃空当量比为0.6,随着喷液时刻的后推,上止点点火时刻缸内混合气分层现象明显,在320°CA喷液时刻,缸内混合气较浓处燃空当量比达1.2,较稀处当量比仅为0.3。喷雾锥角和燃烧室形状的合理组织对喷雾液滴的蒸发和混合气均匀有一定影响,喷液正时80°CABTDC,130°喷雾锥角下缸内压缩上止点处混合气分布均匀,燃空当量比为0.6,同等条件下90°喷雾锥角时,混合气分层,最高燃空当量比约为0.72。涡流比为1时,缸内混合气燃空当量比最大处约为0.8,涡流比为0时,缸内燃空当量比最大处约为1.3,涡流比为1.8时,燃空当量比最大为1.1。现有天然气喷气发动机由于提高压缩比,增大了爆震的可能性,而LNG液喷则降低了缸内温度,可以有效缓解爆震的可能性,因此对LNG液喷的模拟采用了提高压缩比的探索研究,压缩比为12时,缸内混合气最浓处燃空当量比为1.2,压缩比为14时,缸内混合气最浓处燃空当量比为0.78,液态LNG缸内直喷理论上可采取较大的压缩比,喷射初期液滴蒸发较快,压缩终了缸内温度较高,适宜点火的进行。