数值模拟计算和试验研究是当今内燃机研究发展的两大支柱。尤其近些年,随着计算机运算速度的提高和数值模拟软件的成熟,数值模拟计算以低成本高效率的开发环境吸引了越来越多的研究者。并且,数值模拟计算能够提供的数据也较传统的试验研究更加全面,比如能够提供复杂的缸内流场和温度的变化过程。本文系统的论述了缸内燃烧过程的三维数值模拟计算模型和数值计算方法,对缸内气体的气相湍流流动模型、燃烧模型和排放模型在理论上进行了具体的分析。应用AVL公司开发的三维数值模拟FIRE软件,对火花点火天然气发动机的气流运动过程、燃烧过程和排放物生成过程进行了数值模拟仿真计算,详细的展示了缸内流场、缸内温度场以及排放物浓度分布情况。应用FIRE软件,本文主要从以下四个方面对一台由柴油机改装的T6114ZL型火花点火天然气发动机的燃烧过程进行详尽的模拟计算与分析:①压缩比:设计了两种压缩比,对比分析不同的压缩比对燃烧过程的影响,找出适合此天然气发动机的压缩比范围。②燃烧室形状:在保证压缩比不变的情况下,开发设计了几种不同形状的燃烧室,对比分析了这几种燃烧室的湍流动能强度分布及火焰传播情况。③点火提前角:对于选定的燃烧室形状,采用不同的点火提前角进行模拟分析,通过燃烧过程的对比选择适宜的点火提前角。④混合气浓度:设计了多种过量空气系数,分析不同程度的稀混合气对排放及经济性方面的影响。通过对各参数进行的模拟仿真计算,得出的最佳匹配参数,在此基础上对排放物生成进行定性的预测,并模拟研究了此发动机在设计过程中可能出现的热负荷问题。计算得出,盆型燃烧室在火焰传播速度和火焰分布上能达到较好的平衡,有利于该天然气发动机实现稀燃。发动机台架试验表明,模拟计算提出的发动机设计和调试参数与试验结果相吻合,本文的模拟计算对发动机的试验开发工作提供了依据,减少了试验工作量。本文的最后对缸内燃烧过程进一步的深入研究进行了展望。