压缩空气发动机是一种以压缩空气为储能介质的新型动力机械。由于工作过程无燃烧、无污染物排放、不依赖矿物燃料等特点，压缩空气发动机在新能源动力领域正受到越来越多的关注。然而，压缩空气发动机的工作过程中需要环境对其输入能量，以解决其单独工作时能量转换效率较低的问题。另一方面，传统内燃机工作过程中，大量的燃料可用能被高温排气及冷却水带走。如果将内燃机与压缩空气发动机结合，则可以实现两种动力系统的优势互补。这种压缩空气/燃油混合动力系统可以通过回收内燃机余热，优化压缩空气发动机工作过程，同时还具备优化内燃机工作区域，实现节能潜力开发、提升内燃机效率等特点。　　本课题以压缩空气发动机及压缩空气/燃油混合动力系统为研究对象，以优化压缩空气动力循环为研究目标，开展的研究工作与主要结论如下:　　(1)分别采用经典热力学及变质量热力学理论，建立压缩空气发动机理想循环与实际工作过程模型。通过对比理想循环与实际过程，发现压缩空气进气过程流动损失及不完全膨胀是能量损失的主要组成部分。　　(2)根据压缩空气动力循环能量损失分布，对压缩空气动力循环的优化方法进行探索，发现通过进气预热、膨胀补热及组织两级膨胀均可以提升压缩空气动力循环指示功，减少能量损失。　　(3)对基于压缩空气动力循环膨胀补热的优化方法进行了深入研究。采用有限体积法，建立了压缩空气—冷却水耦合传热模型，对采用内燃机冷却水加热压缩空气发动机缸壁的方案进行了数值模拟。结果表明，采用内燃机冷却水加热压缩空气发动机缸壁，可以提升压缩空气发动机循环指示功。　　(4)通过模拟试验方法，对采用内燃机冷却水加热压缩空气发动机缸壁的方案进行了原理性试验验证。结果表明，在采用热水加热缸壁的条件下，压缩空气发动机动力性及经济性均有明显改善，其能量转化效率也有明显提升。　　(5)将内燃机模型、压缩空气发动机模型及压缩空气/冷却水换热模型耦合，对不同混合动力耦合方案下压缩空气发动机性能变化及内燃机冷却水温度进行数值计算。结果表明，采用内燃机冷却水加热压缩空气发动机缸壁的混合动力模式可实现两个功能:一是通过冷却水加热缸壁，压缩空气发动机动力性及经济性比其单独工作时有明显改善;二是通过压缩空气发动机回收冷却水余热，可以降低内燃机冷却系统换热量，从而节省冷却风扇等部件的功耗。　　(6)搭建试验台架，对采用内燃机冷却水加热压缩空气发动机缸壁的混合动力模式进行了试验研究。试验结果表明，采用冷却水加热压缩空气发动机缸壁的混合动力模式是可行的，压缩空气发动机性能比其单独工作时有所改善，同时冷却水在流经压缩空气发动机水套后，温度有所下降，在试验过程大部分工况下，内燃机冷却水温度保持在80℃～90℃的合理范围内。　　本文基于已有研究成果，对压缩空气动力循环的优化方法进行了研究，并提出了新型的压缩空气/燃油混合动力模式，搭建了基于冷却水余热回收的压缩空气/燃油混合动力系统仿真平台及试验系统，为压缩空气动力循环优化及压缩空气/燃油混合动力系统的研究提供了坚实的理论基础。