天然气以其储量丰富、价格低廉和排放污染低等特点发展成为一种具有广泛前景的代用燃料。大力发展天然气发动机可以替代部分柴油机和汽油机,并减少对环境的污染。通常气体发动机采用稀薄燃烧技术即可达到当前排放法规的要求,且不需要增加后处理装置。但是为了解决稀薄燃烧状况下气体发动机燃烧不稳定和循环变动大等问题,需要采用点火增益方法来替代常规的火花塞。本文采用了预燃室燃烧系统,在预燃室中,通过加浓喷射形成浓稀混合气分层着火,从而增强了点火增益能量,增大了缸内湍流强度,加速了火焰的传播速度,提高了发动机的热效率。本文运用CONVERGE软件对预燃室燃烧系统进行了数值模拟。分别分析了预燃室结构参数(通道数目、β值、通道夹角)、主燃烧室的结构参数及运行参数(点火提前角、加浓喷射策略)对预燃室混合气形成及发展过程的影响,研究了各参数下预燃室燃烧系统的燃烧及排放的特性。着重揭示各参数下预燃室混合气形成过程、燃烧过程和排放生成的规律。全文研究工作主要包括:(1)通过比较不同预燃室方案下燃烧系统的燃烧性能,优选4通道、β值0.35、通道夹角140°方案,该方案下预燃室内混合气分布均匀,能实现天然气的稳定及快速燃烧。(2)通过研究不同点火提前角方案下燃烧系统的燃烧性能,发现采用点火提前角为18°时,可以兼顾指示功率、燃料消耗率及NOx排放。此刻,相较于原机而言,指示功率提高了11.4%,指示燃料消耗率降低了6.8%,NOx降低了43.5%。(3)通过研究加浓喷射定时和喷射量,发现加浓喷射量不宜过高,且加浓喷射定时提前时效果更佳。研究机型下,方案16的喷射策略较为适合。(4)主燃烧室结构对预燃室系统缸内燃烧也有较大的影响,燃烧室结构的不同改变了缸内火焰发展进程,敞口形燃烧室可有效提高缸内空气利用率,加速混合气的燃烧,提高热效率。