柴油机以其功率范围大,扭矩输出高,燃油消耗率低等优点,长期以来一直占据着重型动力装置界的统治地位。内燃机排放物所带来的环境污染问题受到高度关注,尤其是十三五规划以来,国家又进一步加大了对环境的整治力度,更加严格的国六排放法规促使内燃机行业进一步加强内燃机性能和燃烧研究,以提高内燃机的动力性、经济性及燃烧热效率,同时产生更少的排放污染物。本文以某船用重型柴油机为研究对象,基于发动机台架实验数据,分别进行该发动机的整机性能模拟以及燃烧室内流动、喷雾和燃烧特性模拟研究。在发动机整机性能模拟中,采用一维性能仿真软件GT-power,进行了该柴油机的整机性能模型的建立并进行了该发动机整机性能模型的标定,而后,进行了柴油机与涡轮增压器的匹配分析,获得较好的增压器匹配。在发动机燃烧室内流动、喷雾和燃烧特性数值模拟中,利用Converge建立该发动机基本型的燃烧室几何模型,通过标定喷雾、燃烧、湍流等子模型,确保了缸内燃烧分析模型的准确性。通过缸内燃烧定量地分析了燃烧室内部的燃油雾化、燃空当量比、燃烧温度、碳烟、NOx等喷雾、燃烧过程参数的分布规律。最后,本文分别基于单因素和正交设计方法,进行了喷油器参数,气流运动参数等燃烧控制参数对发动机燃烧和排放特性的影响研究及优化。在柴油机油气参数的单因素研究中,主要分析了喷油器喷孔数、喷油压力、喷油正时、喷孔夹角、涡流比等参数对燃烧与排放的规律。在正交设计研究中,以柴油机的整体性能为综合优化指标,进行了综合优化分析并获得最优方案。研究结果表明,油气参数对综合指标的影响程度由大到小为:涡流比、喷孔夹角、喷油正时、喷孔数、喷油压力。最佳的匹配方案为6喷孔,喷油压力200MPa,喷孔夹角155°,喷油正时7°,涡流比1.2,相比该发动机的原型机,结构优化后,该发动机优化后的指示功率与优化前相比降低1.31%,油耗增加1.31%,针对NOx排放量,相比优化前降低24.1%,而Soot的生成量相比优化前降低12.7%。