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随着我国经济的快速发展，能源和环境问题日益凸显，探索汽、柴油的替代燃料已成为内燃机研究的重要方向之一。甲醇是一种辛烷值高、含氧量大、稀燃极限宽、且提取工艺成熟的燃料，但因其物化性质与传统燃料差别较大，目前将甲醇用于发动机仍存在汽化潜热大等诸多问题。本研究采用了非线性大涡模拟方法，对甲醇蒸发喷雾进行了模拟验证及相关模型参数的探讨，搭建了甲醇缸内喷射的发动机模拟平台。
因缸内直喷发动机燃料喷射环境温度远高于进气道喷射发动机，研究参照较高环境温度下的甲醇蒸发喷雾实验，进行了甲醇蒸发喷雾在不同网格密度和不同湍流模型条件下的大涡模拟。结果显示，喷雾贯穿距离受网格密度影响，存在网格依赖性。研究使用的非线性梯度结构模型网格依赖性较弱，在相对较粗的网格下亦能获得优于采用Smagorinsky模型和亚格子动能模型的模拟结果，可见非线性梯度结构模型对于喷雾模拟拥有较高的准确性。
喷雾模拟中破碎模型对于模拟结果影响较大，KH-RT破碎模型是使用最广泛的破碎模型。本研究在非线性梯度结构模型的甲醇蒸发喷雾大涡模拟框架下探究KH-RT模型参数对模拟结果的影响，结果表明，模型参数的调整对甲醇蒸发喷雾的贯穿距有一定影响，对喷雾的质量分数及索特平均直径影响较大。通过与实验的对照，给出了能够准确模拟甲醇蒸发喷雾的模型参数范围。
将甲醇喷雾模拟进一步应用于提前喷雾的甲醇缸内直喷压燃发动机模型中，发现其着火需要较高的缸内温度，且运行状况对缸内温度敏感，缸内温度下降会显著地降低缸压、增大点火延迟。研究进一步探索了在进气过程中掺烧了甲醇裂解气的工况，并发现其运行区间有所扩充，但缸压与缸内温度的相关性减弱，出现了缸内温度降低缸压反而升高的情况。造成该现象的原因是，掺烧裂解气后，该工况的着火情况主要取决于，因缸内甲醇浓度分布差异形成的高温区。掺烧10%替代比裂解气能够最稳定的优化发动机的运行。
因缸内直喷发动机燃料喷射环境温度远高于进气道喷射发动机，研究参照较高环境温度下的甲醇蒸发喷雾实验，进行了甲醇蒸发喷雾在不同网格密度和不同湍流模型条件下的大涡模拟。结果显示，喷雾贯穿距离受网格密度影响，存在网格依赖性。研究使用的非线性梯度结构模型网格依赖性较弱，在相对较粗的网格下亦能获得优于采用Smagorinsky模型和亚格子动能模型的模拟结果，可见非线性梯度结构模型对于喷雾模拟拥有较高的准确性。
喷雾模拟中破碎模型对于模拟结果影响较大，KH-RT破碎模型是使用最广泛的破碎模型。本研究在非线性梯度结构模型的甲醇蒸发喷雾大涡模拟框架下探究KH-RT模型参数对模拟结果的影响，结果表明，模型参数的调整对甲醇蒸发喷雾的贯穿距有一定影响，对喷雾的质量分数及索特平均直径影响较大。通过与实验的对照，给出了能够准确模拟甲醇蒸发喷雾的模型参数范围。
将甲醇喷雾模拟进一步应用于提前喷雾的甲醇缸内直喷压燃发动机模型中，发现其着火需要较高的缸内温度，且运行状况对缸内温度敏感，缸内温度下降会显著地降低缸压、增大点火延迟。研究进一步探索了在进气过程中掺烧了甲醇裂解气的工况，并发现其运行区间有所扩充，但缸压与缸内温度的相关性减弱，出现了缸内温度降低缸压反而升高的情况。造成该现象的原因是，掺烧裂解气后，该工况的着火情况主要取决于，因缸内甲醇浓度分布差异形成的高温区。掺烧10%替代比裂解气能够最稳定的优化发动机的运行。