为了积极应对环境污染和全球气候变化,国内外排放法规中针对船用发动机NO_x和PM排放标准正在逐年收紧。现有燃用传统柴油的发动机需要采取一系列措施来满足船舶排放控制要求,这将显著提高航运成本。相对于传统柴油,LNG（液化天然气）作为燃料具有清洁、高效、经济等许多优良的特点,因而受到世界各国的广泛关注。LNG应用于压燃式发动机时,可通过特殊设计的喷射装置将微量柴油和天然气（LNG经气化后的气体）高压直接喷入气缸内,因此,该类型发动机也称为缸内高压直喷式柴油微引燃LNG发动机（HPDI发动机）,该类型发动机既能保持原有动力性又能大幅降低污染物排放,因此在船舶领域具有广阔应用前景。本文采用数值模拟方法,根据实际发动机燃烧室几何参数及发动机运行参数,基于CFD软件CONVERGE构建了缸内高压直喷式柴油微引燃LNG发动机三维仿真模型,针对缸内高压直喷式柴油微引燃LNG发动机缸内双燃料高压喷射、燃烧及排放特性进行深入分析,一方面研究了柴油-天然气喷射时刻、天然气喷射持续期、天然气喷射时刻、柴油喷射持续期和柴油喷射时刻的单参数扰动对发动机喷雾特性、燃烧特性和排放特性的影响规律,另一方面通过全局敏感性分析方法阐明影响相关宏观性能参数变动的主要因素及宏观性能参数随设计参数变化的统计规律。研究结果表明,随着柴油-天然气喷射时刻的提前,柴油喷射自由发展阶段液体长度的增速增大,索特平均直径的稳定值减小,缸内着火时刻提前,缸内最高爆发压力上升,CO和未燃HC排放显著降低,NO_x排放显著升高,PM排放呈先减小后上升的趋势;随着天然气喷射持续期的减小,天然气射流对柴油油束的扰动增强,缸内最高爆压和燃烧放热率峰值提升,CO和未燃HC排放降低,NO_x排放升高,PM排放呈现先减小后增加的趋势;随着天然气喷射时刻的提前,天然气对柴油油束的扰动开始时刻提前,天然气着火时刻前移,燃烧放热率峰值上升,当天然气喷射时刻进一步提前,双燃料分段燃烧现象消失,同时,随着天然气喷射时刻的提前,CO和未燃HC呈现先减小后增加的趋势,NO_x排放呈现先增加后减少随后又再次增大的趋势,PM排放呈先减小后增大随后又再次降低的趋势;随着柴油喷射持续期的减小,柴油油束自由发展阶段喷雾贯穿距的斜率增加,柴油液滴破碎时刻提前,液滴索特平均直径的稳定值减小,缸内着火时刻提前,柴油燃烧更加集中,柴油燃烧放热率峰值上升,天然气的燃烧集中度降低,天然气燃烧放热峰值下降,CO、未燃HC和PM排放呈递减趋势,NO_x排放呈先增加后减少的趋势;随着柴油喷射时刻的推迟,天然气射流对柴油油束的影响时刻提前,缸内柴油着火时刻推迟,天然气着火时刻提前,天然气燃烧放热率峰值降低,缸内最高压力上升且最高压力对应时刻提前,当柴油喷射时刻进一步推迟,双燃料分段燃烧现象消失,甚至出现失火现象,同时,随着柴油喷射时刻的推迟,未燃HC和NO_x排放呈先上升后下降的趋势,CO和PM排放均呈先上升后下降随后又再次上升的趋势。在全局敏感性方面,对于柴油喷射最大液体长度、Δ、CA 90-0以及发动机NO_x、PM、CO和CH₄排放,影响最大的参数均为柴油喷射时刻;对于柴油液滴最小索特平均直径和CA 5-0,影响最大的参数为柴油喷射持续期;对于CA 50-0,影响最大的参数为天然气喷射持续期。本文同时通过拟合分析了宏观性能参数随其对应的最大影响参数的变化规律,其结论均与第三章所述规律相似,但通过拟合得到的统计规律可以更清晰的解析参数的影响规律。