随着环境排放法规的日益严格,人们将越来越多的目光投放在寻找代用燃料的研究中。煤层气作为一种非常规的天然气,以其储量丰富和燃烧清洁等特点,逐渐受到各国研究人员的重视。数值模拟的出现与发展,以及CFD软件的应用,给现代发动机的开发设计提供了新的发展契机。在此背景下,本文针对潍柴动力股份有限公司经由6200柴油机改装的燃用变组分煤层气发动机进行了流动及燃烧的数值模拟计算,并对不同功率和过量空气系数下的排气温度及耗气率进行了实验研究。本文所作的具体工作如下:首先,对6200煤层气发动机的进气系统进行优化设计。计算出流动均匀性、压力损失和整机动力性,选择出最佳的进气系统优化方案。在进气系统优化后的基础上,对发动机的缸内流动特性进行数值分析。计算气门直径分别为90mm(原机)、92mm、95mm时,不同气门升程下的气道流量系数、涡流比、压差以及质量流量并比较其变化规律。结果表明,在气门直径为95mm时缸内流场分布较合理,流量系数最大,有利于组织缸内燃烧。其次,对6200煤层气发动机的燃烧过程进行了数值模拟。比较不同燃烧室的形状,不同点火提前角以及不同过量空气系数对燃烧特性及排放水平的影响。结果分析表明,缸内的平均压力、平均温度以及放热率均随着点火提前角的推迟呈下降趋势,且峰值出现点向上止点靠近;随着过量空气系数的增加上述计算值也呈下降趋势。同时,随过量空气系数的增加,NO的生成质量分数逐渐降低,分析认为:由于混合气浓度变稀,滞燃期和主燃期增长,火焰的传播速度减慢,进而放热率降低,缸内的压力、平均温度也降低,所以NO的生成量减小。最后,对6200煤层气发动机的电控系统进行选配,并对过量空气系数、充量系数MAP图进行了标定。针对大功率气体天然气发动机热负荷较高的问题,研究了不同负荷和过量空气系数下的排气温度及气耗率。