本文基于一台缸内热化学燃料改质模式天然气发动机,利用实验和数值模拟研究,针对发动机运行边界条件对缸内热化学燃料改质过程影响进行了系统研究。分析了热化学燃料改质重要产物H2的生成和分布规律,并基于产率分析和化学反应动力学分析探索了影响火焰锋面上H2浓度的关键化学反应。进一步针对进气均匀性、进气温度和废气再循环（Exhaust Gas Recirculation,EGR）等边界条件的影响进行探究,揭示了缸内燃烧状况对缸内热化学燃料改质产氢的影响机制。利用CONVERGE软件对改质缸燃烧过程进行数值模拟,研究发现缸内H2生成分为急速生成期和缓慢生成期两个阶段,并且进一步发现了火焰传播是引起H2快速生成的直接因素。随着燃烧进行,已燃区域的氧化产物也会进一步缓慢生成H2,特别在低温区域积累较多,H2分布在总体上呈现出“低温区域浓度高,高温区域浓度低”的特点。开展了燃烧化学反应动力学分析,阐明了生成H2的三条化学反应路径,并且发现H自由基是H2生成过程中非常重要的中间产物。系统分析了进气均匀性和进气温度对天然气发动机缸内热化学燃料改质过程的影响。研究发现,安装进气混合器,可加速空气与改质产物混合速率,提高进气均匀性,从而降低整机工作的循环波动率,提高燃料改质效率。另一方面,提高发动机进气温度能够提高燃料改质初始边界温度,改善改质缸的燃烧状况,增强稳定性,降低整机排放和燃油消耗率,但在小负荷工况下也会加速氧化,造成改质气中H2和CO浓度降低。继续探究了改质气EGR对缸内热化学燃料改质的影响。研究发现相比于25%EGR,在无EGR的条件下改质缸内的燃烧状况更好。与甲醇和异辛烷作为加浓燃料相比,在无EGR条件下天然气加浓缸内燃料重整能力更强。数值模拟发现EGR率增大造成缸内燃烧状况恶化,缸内平均温度降低,EGR对改质缸燃烧总体表现出抑制作用,不利于燃料改质进行,造成H2生成量减少。