现今,节能减排一直是国际的主流发展方向,加之海洋污染愈发严重,使得船舶柴油机节能减排技术变得越发的重要。随着计算机技术的发展,采用CFD对内燃机工作过程进行模拟,对多个参数进行优化匹配,已经成为内燃机性能开发的重要手段,尤其对于体积较大的船舶柴油机,数值模拟可有效缩短研发周期,降低研发成本。本文将一维数值模拟软件GT-Power和三维数值模拟软件AVL-FIRE相结合,对某型船用中速柴油机整机工作过程、进气道空气流通过程及缸内燃烧过程进行了仿真计算,通过一维数值模拟探究其不同参数优化匹配的高效燃烧方案,并在此基础上通过三维数值模拟对进气道形状、喷油参数和燃烧室型线进行了优化研究。首先,采用一维数值模拟软件GT-Power建立了柴油机整机性能计算模型,分别探究了喷油正时、喷油量、压缩比、气门正时及进气道流量系数等单因素对于发动机性能的影响,找出了影响发动机性能最大的三个影响因素,对其进行DOE试验设计,通过采用两级涡轮增压的DOE优化方式,寻找在限制最大爆发压力、最大压升率、NO排放等条件下的高效燃烧方案,最后实现了将有效燃油消耗降低8.2%的目标,提高了其经济性及动力性。然后,基于进气道稳流试验对进气道进行了三维仿真计算,通过对进气道内流场的分析,找出影响流量系数较为敏感的部位,针对性的优化进气道形状,实现了在保证涡流比在一定范围内的条件下,流量系数从0.588提高到0.64的目标,同时得出以下结论:对于双切向气道,将短气道的入口处弯度降低并将两支气道分叉线后移可有效增加流量系数。此外,本文在发动机台架试验数据和一维数值模拟数据的基础上,使用AVL-FIRE对该柴油机燃烧过程进行仿真研究。为了提高柴油机的燃烧热效率并降低排放,分别探究了喷油系统相关参数和燃烧室形状相关参数对柴油机的缸内燃烧及排放过程的影响,通过对仿真结果的对比分析,得出以下结论:适当合理的增大油束夹角、选择合适的孔径及孔数、适当增加燃烧室喉口直径有利于改善样机的燃烧热效率及排放性能。