柴油机扩散燃烧反应速率受限于油气混合速率,而压缩末期缸内空气运动是影响油气扩散混合速率的关键因素。从机理层面认识压缩末期缸内气流运动的物理过程是实现高效、清洁燃烧的重要理论基础。柴油机缸内的气流运动是多尺度、强烈非线性的科学问题,包含了大尺度的涡流、挤流与小尺度的湍流等基本流动形式。本课题针对压缩末期缸内气流运动问题开展了实验研究,在一台单缸光学柴油机上采用粒子图像测速（PIV）方法测量了不同边界条件下的涡流速度场,结合理论分析,研究了柴油机压缩末期缸内涡流、挤流与小尺度湍流的物理过程。针对压缩末期涡流问题,首先,采用PIV方法测量了不同平面内的涡流速度场,定量分析了角动量变化的物理过程,结果表明,涡流角动量变化主要体现为雷诺应力的径向梯度项?（r2＜u’ru’θ＞）/（r?r）与切向湍动能在切向上的梯度项?＜u’θ2＞/?θ这两项的作用,其中第一项主要发生在远离气缸中心的外侧区域,而第二项由于受到涡心位置的影响,在涡心区域附近剧烈变化。进而,基于角动量守恒,提出了一种新的压缩阶段燃烧室凹坑内涡流转速的预测方法,并在一台倒拖光学柴油机上通过PIV方法进行了实验验证。结果表明,该方法较好地预测了涡流演化趋势,在压缩阶段燃烧室凹坑内涡流比逐渐增大,在约30°BTDC附近达到最大,随后迅速衰减。最后,为了研究涡流转速对油气混合的影响,通过分析液滴在涡流中运动的受力过程,讨论了不同边界条件下液滴在缸内的速度变化、运动轨迹及蒸汽分布规律,结果表明较大的涡流转速有助于促进滞燃期内的油气混合,但过强的涡流转速会导致燃油蒸汽分布的重叠。针对小尺度湍流,本文采用PIV方法测量了缸内涡流速度场,结合RANS方程中湍动能生成项,分析了湍动能分布及生成的规律,结果表明:进气射流产生的湍动能最高可达活塞平均速度平方的60倍,但进气后期开始迅速衰减,在压缩末期湍动能仅为进气阶段峰值的约1～3%;气缸中心位置湍动能在压缩冲程后期显著增强,且最大湍动能始终位于涡心位置;切向湍流脉动强度要显著大于径向的湍流脉动强度。气缸中心区域剪切应力主导了该处湍动能生成,这是由于涡心偏离气缸中心引起涡心变形,使得径向速度沿圆周分布不均匀导致的。在气缸中间区域,湍动能的时间演化规律与径向角动量梯度的时间演化规律十分吻合,表明该处的湍动能大小可能依赖于大尺度输运;在气缸中间区域和外侧区域,由于近似刚体涡流导致水平面内剪切应力对湍动能的贡献忽略不计,使得湍动能在压缩过程中几乎保持不变。在探讨了大尺度涡流与小尺度湍流的基本规律后,本文进一步分析了挤流对涡流与湍流的作用。研究发现增大或减小燃烧室挤流区域内侧高度且保持压缩比不变,均可以提高挤流速度;其中,降低挤流内侧高度可以有效增强中心区域的涡流速度,但是对外侧区域涡流速度有所削弱;挤流对湍动能生成的贡献由挤流速度沿圆周分布不均匀性与偏离刚体涡程度这两项主导。较大的挤流速度可以促使涡心向气缸中心区域运动,减小涡心变形,从而减小径向速度沿圆周分布不均匀程度,导致气缸中心附近剪切应力对湍动能生成的贡献下降,最终导致气缸中心附近湍动能有所降低;较大的挤流速度还可以增强径向速度脉动使其大小趋近于切向脉动速度;在水平面上远离气缸中心的外侧区域内刚体涡偏离度要略大于气缸中心区域,但差异不显著,较大的挤流速度可以提高外侧区域流场的刚体涡偏离度,增强该区域内剪切应力对湍动能生成的贡献。本课题关于柴油机压缩末期缸内气流运动问题,提出了压缩末期涡流预测方法并从微观角度讨论了涡流对油气混合的影响,进而通过分解k方程中湍动能生成项研究了不同空间上湍动能生成机制,在此基础上研究了挤流对涡流及湍动能生成的影响。本文的研究成果一方面深化了目前对于柴油机缸内流动基本现象的认识,丰富发展了缸内气流运动研究的基本理论;另一方面提出的压缩阶段涡流比预测方法、燃烧室结构对流场作用的认识,也可以为工程应用中流动设计提供参考。