随着海事排放法规的日益严格和石油资源的紧缺,采用排放清洁、储量丰富的天然气作为代用燃料,成为当前船用发动机行业的重要发展方向之一。尽管船用天然气发动机的结构参数与传统内燃机相近,但由于天然气特殊的理化特性,其燃烧特征不同于柴油机和汽油机。因此,船用天然气发动机工作过程的建模仿真与燃烧放热率研究具有重要的意义。本文根据单一燃料船用气体机与传统柴油机的燃料和工作过程差别,在MATLAB/SIMULINK环境下建立了燃烧放热率计算模型,并研究2135天然气发动机在不同工况下的放热特性。建立了船用气体机的工作过程模型,并与实验数据进行对比,证明该模型能准确地预测船用气体机的缸内气体压力和循环输出功等性能参数。根据目前天然气组分不统一的情况,研究了天然气组分对船用气体机性能的影响。基于船用气体机和传统发动机工作过程仿真模型,提出采用三条Vibe曲线模拟双燃料发动机的燃烧放热率。建立船用双燃料发动机的缸内过程模型,并计算6170船用双燃料发动机在额定工况下的主要性能参数,研究Woschni参数对缸内状态参数的影响。根据双燃料发动机工作过程的研究,提出一种新的双燃料发动机的放热率计算方法,即通过缸内过程仿真模型与实测数据对比,用Vibe放热率模型拟合实际双燃料发动机的放热率,并通过缸内压力曲线验证。通过放热率的计算模型,研究不同替代率对双燃料发动机燃烧特性的影响。本论文综合考虑了单一燃料天然气发动机和双燃料发动机的工作原理,结合柴油机工作过程仿真模型,建立了相应的仿真模型和放热率计算模型,为天然气发动机在船舶主机的应用提供理论基础。