能源短缺与环境污染问题已日趋严重,如何有效且合理的组织发动机燃烧过程成为亟待解决的问题。气体燃料在解决石油资源紧缺及环境恶化方面具备很大的潜力和广阔的应用前景,而在气体燃料发动机实际工作过程中湍流预混燃烧是一种有效的燃烧方式,因此,本文对湍流环境下气体燃料预混燃烧过程进行了仿真计算,对于提升发动机动力性和经济性、降低污染物的排放都有一定的理论意义和工程应用价值。本文基于一种新型湍流定容燃烧弹实验系统对气体燃料湍流预混燃烧情况进行数值模拟,根据流体力学基本控制方程对系统内的气体流动及燃烧过程进行理论分析,在混合气形成过程采用时均的方法,燃烧过程采用大涡模拟的方法,建立了定容燃烧弹气体燃料湍流流动模型,并采用Premixed Combustion燃烧模型,完成了湍流环境下预混气体燃料在定容燃烧弹中燃烧的数学模型建立。基于上述模型,选择FLUENT软件作为仿真平台,开展了网格尺寸及时间步长的敏感性分析,并将计算结果与实验数据进行对比,验证仿真模型的准确性。对定容燃烧弹内甲烷-空气混合气湍流流动过程进行研究,得到了随着湍流产生系统中的电动机转速提升,定容燃烧弹中心处湍流强度整体增大的结论。模拟了甲烷-空气预混湍流燃烧过程,进一步分析湍流火焰的前锋结构,阐述了湍流燃烧过程中涡团对火焰面的作用。对于可变湍流下甲烷-空气预混燃烧特性进行分析,发现湍流的引入可以明显加快火焰传播速度、火焰拉伸率、火焰锋面的褶皱程度、燃烧速度以及压力和温度升高速度,且所对应的压力及温度峰值增大。开展了湍流环境下甲烷-空气预混燃烧的影响因素分析。结果表明,较高的初温和初压加速了火焰的传播,促进了燃烧过程的进行;在燃烧初期点火能量增大会使火焰的传播加快,但随着燃烧的进行,点火能量对火焰传播产生的影响较小;化学计量比条件下的火焰传播最快,燃烧最为剧烈,且浓燃比稀燃更有助于火焰传播。提高初始温度会缩短到达燃烧温度和温度升高率峰值的时间,对应的峰值降低;较高的压力会更慢的得到燃烧压力和压力升高率最大值,但对应的数值升高,燃烧放热率增大;点火能量增大会加快燃烧压力和温度的升高速度,缩短了燃烧时间从而可以更快的达到峰值且峰值增大。