采用高压缩比和增压技术能有效提高汽油机热效率,但同时会增大爆震倾向。爆震是限制发动机热效率提升的主要障碍之一,甚至会对发动机结构造成不可逆的损伤。为了寻找有效的爆震抑制手段,需要对爆震燃烧过程和影响机理进行深入的探究。本文基于大涡模拟(LES)耦合G方程湍流燃烧模型和PRF化学反应动力学的三维湍流燃烧模型模拟了一台缸内直喷汽油机的爆震燃烧过程。首先,通过改变点火提前角研究了不同强度的爆震燃烧过程,发现随着点火提前角的增大,自燃开始时刻提前,爆震增强,甚至会产生超级爆震。普通爆震工况下,自燃产生的反应锋面一般为亚声速自燃或普通缓燃火焰,而超级爆震通常与爆轰有关。随后,通过改变G方程层流火焰速度系数以及速度、温度、燃油浓度初始场研究了火焰速度,湍流强度,温度分层和燃油分层水平对自燃倾向和爆震强度的影响。结果表明,随着火焰传播速度和湍流强度的增加,爆震强度先增强后减弱,但相比于只提高火焰速度,增强湍流对爆震的抑制效果更加显著。温度分层和燃油分层本质上都是反应活性分层。在初始温度压力较高的工况下,随着温度分层和燃油分层水平的提高,会依次出现热爆炸,连续自燃,爆轰,缓燃等燃烧模式,对应的爆震强度先增强后减弱。但是温度分层和燃油分层对自燃倾向的影响不同:温度分层对火焰传播速度影响不大,但会提高局部热点的温度,从而促进自燃;燃油分层一方面会降低火焰传播速度,另一方面会缩短热点的着火延迟期,最终对末端自燃表现为先抑制后促进的影响效果。为了揭示湍流脉动对末端自燃的影响机理,本文采用线性涡模型(LEM)研究了不同湍流强度和尺度对PRF燃料末端自燃的影响。结果表明,随着湍流脉动速度的增大,湍流对自燃火核的耗散作用增强,自燃开始时刻推迟,自燃火核尺寸减小。初始自燃火核形成后,湍流越强整体燃烧放热越集中,自燃比例越大。不同尺度的湍流涡团对自燃的影响不同,湍流尺度与热点尺寸相当时,对自燃的抑制效果最好,而小尺度湍流的耗散作用较小,但小尺度涡团容易穿透火焰预热区,能够增强能量和组分的扩散过程,从而增加燃烧模式中缓燃的比例。不同燃料对湍流的敏感性不同,湍流对高辛烷值燃料的影响最为显著。另外,低辛烷值燃料具有明显的NTC特性,当初始温度落在NTC区域内时,自燃首先发生在温度较低的边界层区域。但随着湍流的增强,近壁面处的NTC效应减弱。