目前国内船用中速柴油机功率密度相对于国外先进水平仍存在较大差距,当代国外先进高功率密度船用中速柴油机的平均有效压力(BMEP)为2.4~3.0MPa。为了满足新一代船用柴油机更高的平均有效压力需求,实现达到和超过国外新型柴油机平均有效压力的要求,需要对高压比宽流量增压系统开展研究。本文在某270柴油机原机的基础之上,保证额定转速与原机相同的情况下,将柴油机平均有效压力提高至3.6MPa作为强化目标,进行两级相继增压系统的改造以满足柴油机额定工况功率密度提升、部分工况性能兼顾的需求。主要研究内容包括:(1)开展船用中速机仿真模型研究,建立某270柴油机的一维仿真计算模型,对原机开展加载性能实验,利用实验所得各工况的数据对柴油机模型进行校核,校核结果显示,各工况点的试验值与计算值的误差均在3%以内;(2)针对柴油机强化目标,提出两级相继增压方案并对其匹配方法开展研究。由于两级相继增压系统在多增压器协同工作中存在多种运行模式,匹配参数众多,匹配难度较大,本文提出了一种基于参数解析的两级相继涡轮增压系统的匹配方法,在额定工况点将增压系统等效为两级增压系统,在部分负荷将增压系统中的每一级等效为相继增压系统,基于等涡轮面积比与变涡轮面积比两种不同的匹配方案为柴油机匹配适当的增压器,匹配结果表明两种匹配方案都能使强化后的柴油机全工况运行点处在增压器高效率区域内;(3)对改造后的两级相继增压系统建立仿真计算模型,得到两匹配方案全工况下稳态计算结果。对两方案增压系统全工况下的切换边界开展研究,以经济性最优的原则得到两方案的最优稳态计算结果。从性能、结构与控制方式等方面对两方案进行对比,结果表明变涡轮面积比方案60%负荷以下综合油耗率相对等涡轮面积比方案下降了2.39g/kWh,而采用等涡轮面积比方案能简化增压系统,减少控制阀的数量,降低控制难度,减少成本,提高系统的可靠性。(4)针对等涡轮面积比方案开展瞬态切换过程研究,建立其瞬态仿真计算模型,基于其全工况下各模式切换控制策略对切换过程的阀门启闭进行研究,确定两级相继增压系统模式切换过程中各阀门的启闭顺序及最佳启闭延时。