在能源危机和环境污染问题日趋严重的21世纪,天然气作为新型燃料应用于发动机具有较大优势,天然气发动机的研究正在受到越来越多的关注。深入研究天然气发动机的燃烧过程对指导天然气发动机的设计开发工作具有良好的工程价值,对深化天然气燃烧理论也有重要学术意义。数值模拟和台架试验是研究发动机燃烧性能的两个主要手段,数值模拟方法在深化机理研究,节约研究成本和提高研究效率方面的优势尤其突出。本文即采用仿真手段对天然气发动机的燃烧过程进行了深入的研究分析。本文在三维数学模型中嵌入了化学动力学反应模型,构建了能够深入研究天然气燃烧反应机理、了解天然气发动机燃烧过程的数学模型。同时在发动机专用仿真软件KIVA-3V的基础上嵌入化学反应速率计算程序CHEMKIN2.0程序,实现了上述计算软件的的耦合。并应用CHEMKIN软件对甲烷反应详细机理进行了分析研究,构造了一个适用于该模型的甲烷燃烧简化反应动力学机理。应用该模型,本文以WT615(CNG)发动机为模拟对象,通过试验验证,证明该模型具有一定的准确性。在此基础上,通过数值模拟计算,研究分析了该发动机燃烧室结构、压缩比、点火提前角、涡流比等因素对整机性能的影响,分析了缸内流场的变化规律、火焰传播过程及主要污染物的生成,并重点研究了稀薄燃烧工况天然气的燃烧特点。在发动机动力性、经济性、排放性及工作可靠性的等方面,计算结果可为发动机运行参数的优化提供一定的理论依据。