随着对天然气发动机动力性和排放性要求的不断提高,为了改善天然气发动机燃料供给条件,优化配气控制特性,就需要对天然气发动机燃气喷射系统的流量特性进行深入研究。了解天然气发动机燃气喷射系统的流量特性,一方面可以优化喷射过程中的各项延迟,结合控制系统降低燃料逸散,从而减少排放节约能源,另一方面还可以优化喷射燃气与空气的掺混扩散,提高天然气发动机的燃料利用率。本文提出了从时间和空间两个角度分析燃气喷射系统的流量特性,利用数值方法对不同条件下的燃气喷射系统内的流动状态进行研究,为优化发动机的燃料供给提供了有效的理论依据。首先,基于RANS方法建立了关于燃气喷射系统不完全膨胀射流流动状态所需的数学物理模型,通过Sandia实验室的不完全膨胀射流纹影图像完成了数学物理模型的验证,验证的结果表明了该模型能够很好的捕捉不完全膨胀射流出口处的近场激波结构和流动状态参数,可以使用这一模型对燃气喷射系统的流量特性进行深入研究。其次,借助ANSYS Fluent模拟燃气喷射系统三维瞬态流动过程,参考喷压比为11的仿真结果定义了整个系统燃气喷射过程的攀升期、稳定期、喷射末期三个阶段;从频域上分析了稳定段流量振荡的影响,体现了特征频率与喷管长度的反比关系;分析了系统中的气动延迟是由于压力波传递而产生的,其主要对燃料供给的控制过程有一定的影响,而系统中的放气延迟是由于喷管在燃气喷射阀关闭后的自然放气而导致的,在这之中,喷管主要体现为蓄压腔的作用;针对不同喷压比和喷管结构下的燃气喷射过程,给出了喷压比和喷管结构与质量流率特性参数的关系,主要表现在降低延迟和提升稳定质量流率上面。最后,借助ANSYS Fluent对带有外场的燃气喷射系统进行了仿真研究,结合计算所得的燃气射流速度场和密度场分布探讨了在燃气喷射过程中达到稳定期时射流的近场结构对喷射质量空间分布的作用,表明不完全膨胀射流中形成的马赫盘结构在中轴线方向上对燃气射流的贯穿作用起到了削弱的作用,而所引起的湍动能增加会促进射流在径向上的发展;根据Ouellette的公式推导出喷射质量和贯穿距的二次方成正比的关系,并使用仿真结果进行了验证。