汽车保有量逐年增加给我国带来化石能源枯竭、环境污染加剧等多重问题,寻求清洁的内燃机代用燃料是应对问题的重要措施。氢气作为一种低热值较高、可燃范围广、所需点火能量较低及火焰传播速度快的易燃气体,其完全燃烧过程中生成物只有水,没有化石燃料燃烧生成的HC、CO及颗粒物等污染物和温室效应气体,是一种理想的清洁能源。低负荷下氢内燃机缸内混合气稀薄使得燃烧不充分,缸内温度与压力较低,造成热效率低及动力性能差等问题,很低的负荷时,氢内燃机还会存在较大的循环变动。中高负荷下氢内燃机排放物会迅速升高,成为内燃机实际应用的主要技术障碍。改善氢内燃机低负荷下工作状态,提高内燃机效率,保证中高负荷时内燃机的动力性能同时降低排放对氢内燃机实际应用具有重要作用,因此研究氢内燃机缸内燃烧特性对氢内燃机应用开发具有重要意义。本文采用三维网格耦合化学反应机理的仿真计算方法研究不同燃烧模式对氢内燃机燃烧特性影响。选用了已经被验证过的包含了19基元、67步可逆基元反应的H-O-N化学反应机理。建立氢内燃机三维实体模型,选取CONVERGE生成三维计算网格,选取合理的数学模型和湍流模型、点火模型、燃烧模型并根据标定结果确定模型参数。基于实验数据对模型进行验证和标定,保证仿真计算的准确度和可信度。基于标定的仿真模型,本文研究了稀薄燃烧、当量燃烧(采用中冷EGR稀释)和加浓燃烧(采用中冷EGR稀释)模式对低、中、高负荷氢内燃机缸内燃烧特性的影响,并分析了不同模式下氢内燃机排放规律。结果表明,低负荷下,当量燃烧与加浓燃烧能够加快缸内燃烧的进行,缩短了滞燃期与燃烧持续期,加快放热速率,提高缸内温度与压力,有助于动力性的改善,其NO_X排放处于很低水平。中负荷时,当量燃烧降低了氢内燃机燃烧的进行,但大幅度降低NO_X排放;加浓燃烧缸内压力与温度随过量氢的增加较稀薄燃烧逐渐升高,燃烧进行加快,但较大的加浓燃烧模式大幅度降低了氢内燃机经济性。高负荷时,当量燃烧缸内温度与压力较稀薄燃烧降低,对动力性能有所降低,但大幅度降低了NO_X排放;较小的加浓燃烧较当量燃烧对缸内燃烧影响很小,温度压力变化较小,且进一步降低了NO_X排放,使NO_X处于更低水平。