柴油机具有热效率高,低油耗,动力性经济性好等特点,已被广泛用于载货汽车、机车、船舶和发电。然而其排放物中的氮氧化物和碳烟颗粒对环境的污染已经越来越严重,因此优化柴油机的燃烧过程,降低柴油机的有害排放,提高柴油机的性能具有很重要的意义。传统的试验方法在发动机的性能测试方面只能提供有限的信息,而多维数值模拟方法可以获得实验不能测量或难以测量的结果,且花费小,周期短。本文系统地论述了柴油机缸内燃烧过程的多维数值模拟计算模型和计算方法,对缸内气体的气相湍流流动模型、柴油喷雾模型、缸内燃烧模型和污染物模型在理论上进行了具体的分析。应用大型通用CFD软件STAR-CD对CA6DL1-30柴油机缸内燃烧过程进行了数值模拟计算,详细地展示了缸内流场、可燃混合物空间分布情况以及缸内温度、压力、排放物的分布情况,并通过计算所得示功图与实测示功图的对比验证了模型的正确性。在此基础上,计算分析了不同喷油提前角和不同燃烧室形状对柴油机燃烧和排放性能的影响,研究结果表明:1.喷油提前角影响着缸内混合气的形成以及燃烧过程。喷油提前角增大,滞燃期延长,则期间形成的适合燃烧的预混合气增加,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度增加。而温度的升高使得NOx的排放增加,碳烟的排放随着喷油提前角的增大,缸内油气混合质量的提高而降低。故增大喷油提前角有利于降低碳烟的排放。2.燃烧室几何形状改变了缸内流场特性,进而影响了缸内混合气的形成,从而决定了不同的燃烧特性。燃烧室缩口直径的大小影响着燃烧初期压缩挤流的强度,从而影响初期缸内混合气的混合质量。中央凸台的形状影响着膨胀过程中缸内的气流运动,从而影响后期扩散燃烧的强度。燃烧室形状不同,NO和Soot的排量也有较大差别。通过本文的研究工作,得出了对CA6DL1-30柴油机更新设计和性能优化具有指导意义的结论。