缸内气流运动是影响内燃机燃烧过程的主要因素之一,进而影响发动机的动力性、经济性以及排放特性。气道对于后期缸内形成的宏观运动(滚流或涡流)以及湍流状态影响显著,进而影响发动机性能。对于气道性能的评价常常借助内燃机气道稳流试验台。本文首先进行了气道稳流试验,采用涡流动量计和叶片风速仪系统地研究了现有的测试装置和不同评价方法对测试结果的影响,在此基础上,本人搭建了三维粒子图像测速(3D-PIV,three-dimensional particle image velocimetry)系统,拍摄了缸内三维流场。速度场结果显示:3D-PIV所得流场基本形态为经进气门进入气缸的两股进气射流在进排气门下方形成离面高速区,一强一弱,是形成滚流的前提条件。两股进气射流相遇,相互碰撞、卷携,在平面内形成与主体运动趋势相反的大尺度涡团。在小气门升程下,流场对称性较差,随气门升程增加,流场对称趋势增强。在三维速度场研究的基础上,基于滚流的特点及演变规律从微观角度提出了两种新的滚流强度评价方法。测试结果表明,两种3D-PIV评价方法所得滚流强度在数值上均超过传统气道稳流试验所得结果,一方面是采用3D-PIV直接测量时,测量位置为距离缸盖底平面0.5倍缸径处;另一方面采用3D-PIV直接测量,没有弯头结构或叶片干扰,局部阻力较小。此外,两种3D-PIV评价方法均能够客观地评价高低滚流两种状态的大小。但是,基于理论气流旋转速度与理论发动机转速的评价方法,所得滚流强度随气门升程的增加呈先增加后降低再增加的趋势,在小气门升程下存在一个不合理的极大值,该值超过大气门升程滚流强度,该方法难以正确的反映滚流强度随气门升程变化的趋势。而基于理论气流旋转切向速度与理论进气轴向速度的评价方法,所得滚流强度随气门升程增加呈逐渐增加的趋势,相对合理,因此本文认为基于理论气流旋转切向速度与理论进气轴向速度的评价方法更为合理。