实现缸内流动状态的有效控制，是内燃机燃烧控制与优化的关键问题。然而，内燃机中气流运动具有明显的非定常性，给气流运动的控制带来很大困难。为了深入理解内燃机湍流运动，实现缸内气流的有效控制，本文从进气流动测试评价方法、缸内瞬态流动规律、近壁流动特性，以及复杂流场的准确预测四个方面开展了研究，主要内容与结论如下：进气流动测试评价方法方面，针对滚流运动测试方法尚没有形成统一标准的问题，基于角动量守恒定律进行了理论分析，采用稳流试验与PIV(particle imagevelocimetry)激光诊断相结合的方法，分析了不同参数对滚流测量结果的影响，并与理论分析相印证。研究表明，测试装置参数的变动导致滚流强度的差异明显。其中，过小的模拟缸套出口直径导致缸内流场畸变，滚流强度大幅增加，最大增幅达4倍。通过优化测试系统结构可以消除对滚流强度的过高估计，实现不同测量结果的合理转化。缸内瞬态流动规律方面，采用PIV方法在光学发动机上研究了可变气门升程对缸内气流运动瞬态特性及其循环变动的影响。研究表明，当气门升程曲线发生改变时，流场形态随之发生显著变化。在高的最大气门升程工况，缸内可以形成大尺度滚流并保持到压缩上止点前80°CA左右；在低的最大气门升程工况则无法形成保持到压缩后期的大尺度滚流，在压缩后期80°CABTDC滚流强度近似为0。瞬态流场的循环变动受气门升程曲线变化影响显著。低的最大气门升程下，滚流涡心循环变动达到高升程时的1.4倍，低频脉动流场循环变动比高升程时提高28%。滚流运动的减弱，以及强进气射流对流场低频脉动的激发是导致缸内流场循环变动加剧的主要原因，组织大尺度流动(滚流或涡流)可以抑制缸内气流循环变动。近壁流动特性方面，采用microPIV(micro particle image velocimetry)方法对汽油机缸内近壁流动特性进行了研究。结果表明，近壁区域存在受分子粘性影响明显的粘性区域，在气缸下侧边界层分离区出现大量小尺度涡团结构，尺度约1~2mm。粘性底层厚度随气门升程的升高和气道压差的增大而减小，在高升程大压差下(气门升程7.975mm，气道压差1kPa)粘性底层厚度仅为0.3mm左右。在粘性底层，无量纲速度分布呈线性，与壁面律吻合良好，而在对数层不存在明显的对数律分布区，且曲线斜率随压差的增大而增大。近壁雷诺应力(采用壁面摩擦速度规范化)变化趋势与管道流动相似，但由于缸内复杂流场包含非稳态流动导致的低频脉动分量，而不仅仅是湍流脉动，导致数值上(对于雷诺应力流向分量)达到管道流动的5倍。缸内复杂流场的准确预测方面，由于缸内近壁流动分布规律与管道流动的差异，导致基于对数律速度分布导出的近壁处理方式不再适用。采用IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation)方法预测内燃机近壁流动和进气射流导致的大尺度分离流动取得了很好效果。IDDES模拟捕捉到了进气射流的准周期性波动。气体在气门盘边缘发生边界层分离，不断有涡准周期性脱落，对进气射流产生扰动。进气射流的拟序流场中存在明显的旋涡结构，并且旋转方向呈现准周期性翻转。进气射流的周期性波动直接影响射流下游区域边界层流动，导致边界层内流动出现频繁的剥离和再附着，是导致内燃机缸内流动异于管道流动的主要原因。将IDDES模型应用于内燃机瞬态工况缸内流动模拟。大尺度平均流场与光学发动机实验结果吻合良好。对于缸内近壁流动，压缩后期，缸内空气温度和密度大幅增加，空气运动粘度降低，粘性底层速度线性分布区域扩大到y+=15~20。缸内流场拟序结构和湍动能分布显示，进气射流及壁面剪切作用是缸内拟序结构的主要来源，缸内拟序结构的强弱及其空间分布直接影响对应区域的湍流脉动。