柴油机作为广泛应用的热效率最高的原动机械已经为人类服务了一百多年。随着能源和环境问题的日益突出,人们对柴油机经济性和排放性能的要求越来越高。这时,对柴油机缸内流场的研究就显得尤为重要,在柴油机缸内的涡流是一种非常重要的气流形式,直接影响着燃油的雾化和燃烧,对柴油机的经济性和排放性能起着至关重要的作用。为了使柴油机在较宽的转速区域都能达到良好的性能,现代先进柴油机一般希望采用可变涡流系统来满足不同转速下所需的涡流强度。传统测量缸内涡流强度的主要方法是在稳压实验台上测量涡流比,这种方法不确定因素多、精度不高,更重要的是无法直接反映柴油机缸内瞬时涡流强度,已经无法满足现在更加精确掌握缸内流场的要求。因此需要寻求一种精确掌握缸内流场的研究方法。本文采用数值模拟计算的方法来研究缸内瞬态流场,分析柴油机缸内及进排气道内的流场、缸内燃烧过程以及有害排放物的生成。通过缸内气流绕气缸轴线旋转的动量矩来评定缸内瞬时涡流强度,并分析可变涡流系统对柴油机缸内流场以及性能的影响。文中以某四气门高速车用柴油机为原型,建立单个气缸和进、排气道的三维数值计算模型,采用计算流体力学、计算传热学和计算燃烧热化学模拟计算柴油机不同转速下工作过程整个循环,计算出动力性、经济性和排放性能参数,并通过与实验数据对比以验证计算模型的可靠性。在此基础上计算6种转速下整个工作循环缸内流场参数,采用部分或全部关闭一个进气道的方法改变缸内涡流强度,每种转速下计算5种不同的气道控制方案下缸内瞬态流场,分析不同控制方案下缸内涡流强度以及对柴油机各性能的影响。计算结果表明,采用对柴油机完整工作循环做数值模拟的方法研究柴油机缸内流场可以得到整个缸内空间比较精确的瞬态流场参数,有利于研究柴油机的换气过程和缸内涡流形成过程。对于具有两个独立进气道的四气门柴油机,采用部分或全部关闭一个进气道的方式可以在一定范围内调节缸内涡流强度。在低转速时,完全关闭一个进气道可显著提高缸内涡流强度,并且对进气终了时缸内存气量影响很小,即可以在对柴油机动力性影响很小和情况下改善燃油雾化情况；高转速时部分关闭一个进气道可以在对进气量影响很小的情况下调节涡流强度,只有在流通截面积低于25%才会对缸内存气量产生明显的影响。提高缸内涡流强度可以减少Soot生成量,但会导致NOx生成量增加；在高转速时涡流强度对Soot和NOx的生成量的影响比低转速时小,而且涡流强度对Soot生成量的影响比NOx大。