为缓解由船舶柴油机所造成的大气污染,研究开发新能源,替代部分化石燃料,成为当前船用发动机的主要研究方向。天然气燃烧产物清洁,是当前柴油的主要替代燃料。本文以4190型船用中速柴油机改造的柴油-天然气双燃料发动机为研究对象,利用AVL-FIRE软件建立双燃料发动机燃烧过程仿真模型,研究天然气替代率、燃油喷射参数和燃烧室形状对双燃料发动机燃烧排放性能的影响。首先,利用AutoCAD软件建立燃烧室二维几何模型,导入AVL-FIRE软件中,划分计算网格,设置初始条件和边界条件,并用FIRE中气相反应模块将燃烧室三维模型与柴油-天然气化学反应机理耦合,建立双燃料发动机燃烧过程仿真模型。其次,在已建立的仿真模型基础上,采用单参数轮换的方法分别研究天然气替代率、燃油喷射时刻和油束夹角对双燃料发动机燃烧过程的影响。天然气替代率选取90%、80%、70%、60%和50%,燃油喷射时刻选取700°CA、705°CA和710°CA,油束夹角选取140°、150°和160°。进行缸内燃烧排放性能的仿真计算,并根据二维仿真计算结果和三维计算结果,分析天然气替代率、燃油喷射时刻和油束夹角对缸内压力、温度、放热率和天然气、NO、CO质量分数变化及缸内各物理场的影响规律。最后,在保证压缩比不变的条件下,设计缩口ω形和双卷流形两种燃烧室,通过模拟计算研究90%和70%两种天然气替代率下不同燃烧室形状对缸内速度、湍动能影响,根据二维和三维结果分析燃烧室形状对双燃料发动机燃烧与排放性能的影响,为进行双燃料发动机性能优化试验研究提供预测和理论依据。