天然气发动机的开发、应用能有效促进我国能源结构调整,实现节能减排。提高功率密度、提高热效率、降低排放,是天然气发动机开发过程中的研究热点。合理的气流组织对天然气发动机实现清洁、高效燃烧有着重要的影响,而进气道结构是决定缸内空气量及涡流强度的关键因素,直接对气流组织和燃烧过程产生影响。天然气发动机在进气道上布置有燃气喷嘴和节气门,其结构同样会对缸内气体流动产生影响。因此,以某中速大缸径天然气发动机串联式切向气道为研究对象,采用CFD模拟和气道稳流试验相结合的方法,研究了进气道结构,燃气喷嘴及节气门结构对缸内气体流动的影响规律。具体研究内容如下:首先,应用CFD仿真研究,提出了天然气发动机进气道结构主特征参数:气道导向角Av,气道喉口直径dv,气阀锥角An和弯曲半径R,并研究了其对气体流动的影响规律。模拟结果表明:当Av减小7%时,气道平均流量系数降低约2%,平均涡流比提高约25%;当dv减小4%时,气道平均流量系数降低约3%,平均涡流比提高约10%;当An减小17%时,气道平均流量系数降低约2%,平均涡流比降低约15%;当R减小7%时,气道平均流量系数降低0.2约%,平均涡流比降低约2%。同时可将各主特征参数对气体流动的影响规律应用在相似机型进气道的设计开发,若考虑增大进气道的流通性,可优先增大喉口直径dv;若考虑增大进气道的涡流强度,可优先减小气道导向角Av。然后,应用CFD仿真研究,确定了燃气喷嘴和节气门结构对气体流动的的影响规律。模拟结果表明:加装燃气喷嘴和节气门后气道性能稍有变差,平均流量系数降低约4%,平均涡流比降低约2%,实际上这种影响主要来自于燃气喷嘴结构。最后,应用3D打印快速成型技术加工试验件,该方法具有精度高,加工周期短的特点,大大减小了试验件铸造偏差对试验结果的影响,并极大的缩短了加工周期。同时开展气道稳流试验验证了CFD仿真计算的准确性,分析表明:仿真计算与稳流试验结果有很高的一致性,可将两者平均流量系数的偏差控制在3%以内,平均涡流比的偏差控制在10%以内。本课题的研究实现了应用CFD仿真技术对气道性能的定性判断和定量分析,提高了试验验证的效率和水平。CFD仿真技术与气道稳流试验的有机结合,可作为气道设计开发的重要手段之一。