内燃机缸内气体流动是强瞬变且各向异性的非定常三维湍流运动,直接影响到充气效率、进气道和缸内壁面换热,进而也影响到燃油雾化与混合气形成、燃烧及有害污染物生成与生成等,对柴油机的动力性、经济性具有至关重要的作用。为准确描述内燃机进气过程的缸内流场动态特性,本文首先应用大涡模拟模型(LES)对一个轴对称燃烧室稳态进气过程进行三维数值模拟研究,着重考察了三种不同亚网格模型(SGS)的性能,这三种SGS模型是:代数Smagorinsky模型、动态Smagorinsky模型和单方程动态动能输运模型(LDKEM)。通过计算结果与实验数据的对比,表明LEDKEM模型和动态Smagorinsky模型均能较好地反映流场的瞬变性和随机性,前者性能最佳;而代数Smagorinsky模型精度较差,且不能模拟流场的微结构。在此基础上,本文基于非结构化动网格和有限体积法,应用大涡模拟方法对两台模型发动机进气过程进行了三维瞬态数值模拟研究。这两台发动机分别为一台单气门轴对称结构和一台真实的双气门单缸发动机。数值计算采用动态Smagorinsky亚网格尺度模型,得到缸内速度和湍流粘度的空间分布及其随时间的变化规律,并与实验结果进行了比较。计算结果表明:单气门模型发动机的大涡模拟预测值与试验值吻合,比RNAS模型能更精确地揭示流场的瞬变结构和流动的随机特性;两气门模型发动机的大涡模拟预测结果也优于RANS的预测值,但是不同工况下的测试点上,速度随时间变化的规律均表现出对实验值有一定滞后性,这可归因于计算模型与实际发动机的差别。本文的研究结果充分显示了大涡模拟的优越性,LES应成为内燃机进气系统的优化设计,组织和优化燃烧,提高性能的有力工具。