在非道路移动机械中,绝大多数是以柴油机作为动力。随着能源与环境问题持续受到关注,我国已经对非道路用柴油机制定了严格的排放标准。为了满足日益严格的排放标准,有必要采取有效的措施来降低非道路用柴油机的废气排放。对于中小型非道路用柴油机而言,优化油、气、燃烧室三者之间的匹配是降低尾气排放最重要的手段之一。随着数值模拟计算方法的不断发展,人们得以能详细研究柴油机缸内流场及喷雾过程,进而可以辅助我们对燃烧系统进行优化设计。本文利用STAR-CD软件对非道路用柴油机TY3100的进气压缩及喷雾过程进行了三维数值模拟研究。首先,应用逆向工程技术和三维绘图软件UG建立了包括进排气道、气缸、燃烧室在内的柴油机三维实体模型,再利用内燃机网格生成工具ES-ICE建立了柴油机三维实体动网格模型,并借助发动机仿真软件GT-POWER提供了用于CFD模拟的初始和边界条件。其次,对发动机进气压缩过程进行了三维瞬态数值模拟,得到了气体的流场、温度场和压力场的分布,以及如湍动能、涡流比等流动参数随曲轴转角变化的曲线,并深入研究了进气道、缸内气体的流动状态以及压缩阶段燃烧室内的湍流运动,分析了螺旋进气道的形状、燃烧室偏心等因素对缸内气流运动的影响。分析结果表明,进气过程中,缸内气体由紊乱的流动变为涡流运动；螺旋进气道存在气流交汇区域,降低了气道流通性能；气门座内存在气流运动,并能在压缩末期产生较高的湍流区域；哑铃型燃烧室使得挤流运动强烈,并且明显增强了缸内的涡流强度,燃烧室偏心布置使得缸内气流运动不均匀,不利于油气的混合。第三,对发动机燃油喷射过程进行了三维数值模拟模拟,深入研究了每个油束的雾化历程以及油气混合气在缸内的运动规律,分析了油束夹角、涡流强度等因素对喷雾过程的影响。研究表明,由于油嘴与燃烧室位置的不对称性,各个喷孔油束的贯穿度并不一致,各个喷孔方向上燃油喷射状况也存在明显的差异,使得缸内燃油分布不均匀。此外,本文还着重研究了燃烧室形状对缸内气体流动及喷雾的影响。针对应用较为广泛的哑铃型燃烧室设计了三种燃烧室方案,分析了燃烧室的结构参数对涡流特性、压缩挤流运动、燃油雾化等的影响。利用对模拟结果的比较选出了一个较佳的燃烧室设计方案,该方案在实际的发动机排放测试中被证明达到了较佳的排放效果。数值模拟加深了作者对发动机内部流场以及喷油雾化的认识,模拟的结果也可以为进一步优化TY3100柴油机的结构、性能参数提供理论依据。