摘要：随着全球能源危机的加剧,对代用燃料的研究关乎我国的能源安全。气体燃料发动机逐渐成为了发动机领域的前沿方向,由于气体燃料与汽油存在差异,容易出现缸内燃烧稳定性问题,因此系统深入地开展气体发动机燃烧特性及其稳定性的基础研究,对于完善气体燃料发动机的燃料经济性、降低排放和提高动力性能具有十分重要的理论意义和工程实用价值。本文以气体燃料发动机为研究对象,采用了在进气过程使用时均方法及在燃烧过程使用大涡方法的RANS/LES组合模型,建立了能较好反应点火过程的点火模型,并采用了可以描述火焰面结构参数的Weller燃烧模型,完成了针对气体燃料发动机的三维仿真模型的建立。在此基础上,为了解决由于采用大涡方法使得计算时间大幅增长的问题,在中科院超级计算机上搭建了并行计算平台,并对区域分解负载平衡算法进行研究发现,计算子区域过多的情况下会造成通讯的大幅增长,合适的计算子区域数量可以得到较高并行加速比及并行效率。以气体燃料发动机及定容弹为对象,验证了所建模型对进气燃烧过程刻画的准确性。在此基础上,通过数值模拟计算,对比了大涡方法及时均方法对涡团及湍流场的刻画,相比于时均模型,大涡方法可直接求解网格尺度的大尺度涡团的瞬时值,其对涡团的分辨率随网格尺度的减小而增加。分析了大尺度涡团与火焰结构的相互作用,观察到极限涡团强度,当涡团强度大于极限值时,当地的火焰面褶皱度将被降低,火焰的稳定性提高。通过对马克斯坦长度及湍流应变率的分析发现,当马克斯坦长度小于0时,火焰前锋面的褶皱度将增大,增大率与当地的湍流应变率有关：当马克斯坦长度大于0时会有相反的效果。分析了不同点火参数、过量空气系数、转速、进气压力等对燃烧过程及火焰稳定性的影响。本文受到了国家自然科学基金资助项目“低热值气体燃料发动机燃烧稳定性的基础研究”的支持,项目编号50676008。