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随着计算机的快速发展,计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）数值计算方法已成为发动机研发的重要工具,特别是当前高热效率和零碳排放发动机研发中对缸内燃烧过程的优化、各类新型燃烧模式的研发更是离不开对发动机缸内喷雾燃烧过程的数值模拟分析,而喷雾燃烧数值计算模型的准确性和可靠性是关键。本文基于Open FOAM?平台,开发了适用压燃式发动机湍流喷雾燃烧过程数值计算的新型?-Y欧拉喷雾模型与非稳态火焰面进度变量（Unsteady Flamelet Progress Varaible,UFPV）湍流燃烧模型的耦合计算模型,解决在高温高压环境中现有喷雾模型预测能力不足以及实际发动机缸内现有湍流燃烧模型在计算精度及与计算成本间难以平衡的问题。本文针对正十二烷单一组分燃料和PRF（Primary Reference Fuel,正庚烷和异辛烷）两组分混合燃料建立?-Y/UFPV喷雾燃烧模型,重点开展了化学反应动力学机理对模型在预测喷雾、着火燃烧特性准确性、可靠性方面影响的分析,并基于该模型精细化地分析了燃油喷射工况、环境工况以及燃料属性对高温高压环境中喷雾燃烧特性的影响。本文主要研究内容和创新性结论如下:（1）针对高温高压环境中燃油喷射喷雾蒸发过程,使用扩散界面法构建气液两相间的界面,建立?-Y欧拉喷雾模型,实现了对喷雾近场稠密区域更准确的物理描述。针对正十二烷和PRF燃料的喷雾着火燃烧过程,求解一维对冲层流扩散火焰面,结合概率密度函数建立起湍流燃烧火焰面数据库表,并将其耦合进喷雾燃烧三维CFD数值计算程序代码中,?-Y欧拉喷雾模型与UFPV湍流燃烧模型的耦合可实现对压燃式发动机高温高压环境中喷雾燃烧过程的高精度、低成本的三维数值计算。（2）不同骨架化学反应机理应用于火焰面燃烧模型,开展层流火焰数值计算,计算获得的滞燃期、化学反应活性源项分布及火焰结构分布的表明:火焰面模型能够反映机理的所有化学特性,同时也能精细捕获不同骨架反应机理之间的差异。低温燃烧着火时刻、位置及持续期在整个燃烧过程中决定燃烧火焰的发展,低温燃烧的着火从富氧区域开始,向富燃料区域转移;而高温燃烧从富燃料区域开始并富氧化剂区移动,燃烧特性在不同的骨架机理之间具有一致性。不同环境工况条件下的着火火核均首先出现在低混合分数区域,可通过添加低活性燃料（如异辛烷）或降低环境温度和氧浓度增大着火滞燃期,在压燃式发动机中可用此方法降低最高燃烧温度;通过提高环境温度和氧浓度可以有效地拓展化学反应机理应用火焰面模型的可燃极限,即较大的标量耗散率也能获得稳定火焰。（3）基于?-Y/UFPV喷雾燃烧模型,对正十二烷燃料在高温高压环境中湍流喷雾燃烧过程的数值计算研究表明:?-Y/UFPV喷雾燃烧模型所预测的滞燃期和火焰浮起长度与化学反应机理的选择有关;与目前商用软件中所使用的KH-RT/WM（Well-Mixed）喷雾燃烧模型计算结果相比,?-Y/UFPV喷雾燃烧模型预测的ID和LOL更加接近试验值,表明该模型具有更高的准确性;在本文所分析的五种正十二烷骨架机理中,Yao机理在着火滞燃期和火焰浮起长度的预测上与试验最吻合。不同骨架反应机理均能准确捕捉准稳态时刻喷雾燃烧火焰结构,在氮氧化物的预测上差别也不大,而在碳烟的预测方面差异较大。?-Y/UFPV喷雾燃烧模型也可以准确预测PRF两组分表征燃料在高温高压湍流喷雾燃烧过程中的气液相贯穿距、喷雾形态、高温着火滞燃期、火焰浮起长度及准稳态的火焰结构,两组分表征燃料中增加低反应活性组分燃料的比例将导致更长的滞燃期,火焰浮起长度的位置离喷孔更远,且产生较低的碳烟排放。（4）基于?-Y/UFPV喷雾燃烧模型,分析燃油喷射工况条件、环境工况条件以及燃料属性对燃油喷射喷雾燃烧特性的影响,研究表明:提高环境温度、环境氧浓度可以拓展可燃极限,着火滞燃期和火焰浮起长度均变短;提高喷油压力能够有效地缩短着火滞燃期,但是火焰浮起长度会增大。数值模拟与试验结果的对比也进一步表明,该?-Y/UFPV喷雾燃烧模型在相对较低的喷油压力、高的环境氧浓度和环境温度中具有更高的计算精度。（5）基于?-Y/UFPV喷雾燃烧模型进行高温高压环境中喷雾燃烧特性预测过程中,核心喷雾燃烧特性参数的数据处理非常关键。本文提出重建数值喷雾纹影的方法,该方法可以捕获低温着火时刻喷雾轮廓的发展及着火过程中喷雾头部透明的现象,同时所得到的数值喷雾图像纹影轮廓随时间的发展与试验图像高度吻合,但是基于该方法预测的高温滞燃期略小于通过最高温度的最大升高率方法判定的滞燃期。提出了数值Proj.-OH*化学发光的燃烧特性分析方法,实现准确地预测火焰浮起长度,避免了传统方法依靠调整阈值来匹配实验数据的弊端,而且也准确的捕捉试验结果中OH*的空间分布:对正十二烷燃料,基于OH质量分数判定的火焰浮起长度与通过Proj.-OH*质量的方法获得的火焰浮起长度基本一致,而对PRF两组分表征燃料,虽然异辛烷含量较高的两组分燃料的数值计算结果与试验结果偏差较大,但通过Proj.-OH*质量的方法获得的火焰浮起长度和OH*质量的空间二维分布与试验结果一致。