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为了改善天然气发动机存在的火焰传播速度慢的问题，以CA6SE3-21E4N型天然气发动机为对象，开展了改善缸内流动状态、优化燃烧的研究。通过模拟计算揭示发动机由进气行程到膨胀行程的缸内流体运动状态，并结合试验研究结果对比分析发现异形燃烧室能够很好的重组缸内流动分布，促进燃烧。研究结果表明：在压缩行程后期，缸内湍流动能的增加能有效促进火焰传播，使燃烧完全。对比模拟结果发现，通过异形燃烧室重组后的缸内流体运动状态，使压缩后期缸内平均湍动能峰值较原机提高了43.9％，燃烧持续期平均缩短19.2％，HC和CO排放降低，NOx排放增加；燃油经济性平均提高4.3％。