内燃机由于热效率高,能量利用率好等优点,在交通运输中扮演着重要角色,但能源紧张和环境污染等问题,使得天然气发动机成为现如今研究热点,尤其是柴油引燃天然气的双燃料发动机,但目前的天然气发动机都是将天然气以气态形式供入气缸,随之带来的是复杂的LNG汽化装置和大量的冷能浪费,以及所导致的发动机充气效率低,发动机动力不足等缺点,为了解决这些问题,“LNG缸内液喷”的设计概念被提出,即将天然气以液态直接喷入气缸。本文以R12V280ZJ柴油机为原型机,将其改装成LNG缸内液喷的柴油引燃天然气双燃料发动机,基于ANSYS-FORTE软件建立该双燃料发动机的数值模型,为了完整表达双燃料发动机湍流燃烧过程中湍流流动和化学反应的共同影响,在燃烧过程的数值计算中将湍流和化学反应机理耦合,并考虑两者之间的相互作用,湍流流动采用RNG k-ε模型,化学反应机理模型由简化而来的正庚烷机理、甲烷机理以及Extended Zeldovich机理（NO机理）组成,湍流和化学反应之间的相互作用通过Kong模型建立。本文主要分为两个部分:第一部分是对柴油/天然气化学反应燃烧机理进行构建,首先选择柴油详细机理LLNL3.1和天然气详细机理GRI3.0为简化对象,基于直接关系图法及其衍生方法进行机理简化,并在简化过程中使用了阈值逐渐增大进行多步简化,同时交叉使用多种简化方法的机理简化的新策略,将LLNL3.1简化至包含162组分和692步基元反应的简化机理,组分降低了约75.2%,将GRI3.0简化至包含26组分和122步基元反应的简化机理,组分降低了约50.9%,并分别将简化机理和详细机理比较,进行滞燃期、缸内燃烧性能和排放性能验证,结果表明,正庚烷简化机理的最大滞燃期误差在30%以内,对缸压、缸温以及CO、CO₂的预测误差均在5%以内,甲烷简化机理的最大滞燃期误差在10%以内,对缸压、缸温以及CO₂的预测误差均在4%以内,对于CO的预测误差,在当量比为0.5时误差较大,达到了9%,这是由于简化过程中仅仅只选用滞燃期作为目标参数,导致在删除组分时将CO相关性较大的物质进行了剔除,但总体来说预测表现良好。该部分工作不仅减少了组分和基元反应,也有效的提高了计算效率,同时验证了本文所提出的机理简化策略对机理简化的适用性。第二部分首先是基于ANSYS-FORTR软件建立双燃料发动机的数值模型（3档怠速工况）,并根据需要选择Extended Zeldovich机理作为NO的排放模型。由于没有相关双燃料发动机的实验数据,只能针对原柴油机进行验证,将正庚烷简化机理和Extended Zeldovich机理导入到所建立的发动机数值模型中,并根据该机型3档怠速工况下的实测缸压曲线和氮氧化物曲线验证所建立的数值模型初始条件和边界条件的准确性,以及化学反应机理耦合CFD软件的有效性,基于此,将正庚烷简化机理和甲烷简化机理（不含氮氧化物）以及Extended Zeldovich机理导入到所建立的发动机数值模型中,首先开展了引燃柴油燃烧过程的计算分析,计算结果表明:当喷入缸内的引燃柴油量为原柴油量的0.5%时,不能被压然,而喷入缸内的引燃柴油量为原柴油量的0.6%～0.9%时,柴油少部分被压燃,当柴油量为原柴油量的1%时,引燃柴油可以全部被压燃,并形成稳定火源,且随着初始温度的升高,引燃柴油可以被压燃所需要的柴油量会减少,同时引燃柴油完全被压燃并能形成稳定火源所需要的柴油量也会减少,为以后实验改装中最低引燃柴油量的确定,提供了理论依据。将柴油机进行双燃料发动机的改装工作时,通过低热值换算法确定不同替代率下的LNG量,虽然引燃柴油量为原柴油量的1%时,可以全部被压然并形成火源,但并不能引燃随后进入气缸内的天然气,直到引燃柴油量为原柴油量的2.8%时,可以完全引燃天然气并形成持续燃烧,发动机正常工作,且随着初始温度升高,引燃LNG所需要的柴油量会减少。以此为基础,确定了该双燃料发动机LNG的极限替代率为97.2%,并开展不同LNG替代率（I=97.2%、97%、95%、92.5%、90%）的双燃料发动机数值计算,并和原柴油机进行了动力性能和排放性能的比较,计算结果表明:当LNG替代率在90%及其以下时,双燃料工况下的缸内压力和缸内温度都要低于纯柴油工况,但氮氧化物的生成也要小于纯柴油工况,在I=90%时,缸内压力峰值下降了约4.98%,缸内温度峰值下降了约2.90%,NO生成下降了约11.80%。且随着LNG替代率的增加,天然气燃烧始点也会逐渐延长,缸内压力以及缸内温度峰值也随之下降,氮氧化物的生成也会下降。这是由于LNG液态进入气缸,会汽化吸收一部分热量,且随着LNG替代率的增加,喷射进入气缸中的LNG越来越多,汽化吸收的热量也越来越多,导致缸内温度峰值下降,天然气燃烧始点会出现延后,NO的生成也逐渐减少。