天津大学出版社
看不见的“呼吸”，看得见的“中国心” ——国家科学技术学术著作出版基金项目《内燃机气流运动及气道》
- 发布时间： 2026-10-10
你每天坐的公交车、工地上轰隆隆的挖掘机、港口吞吐集装箱的巨轮，还有天上飞过的飞机——它们的“心脏”都在干同一件事：把燃料烧了，变成动力。可决定这颗心脏到底行不行、省不省油、冒不冒黑烟的，往往不是燃料本身，是“气”。
大国重器，离不开内燃机
内燃机究竟有多重要？
据中国内燃机工业协会数据，2011年以来我国内燃机年产量连续突破7500万台，截至2025年保有量超过6亿台，带动上下游行业年产值超20万亿元。国务院办公厅印发的《关于加强内燃机工业节能减排的意见》指出，内燃机是交通运输、工程机械、农业机械、渔业船舶、国防装备的主导动力设备，内燃机工业是重要的基础产业。
中国内燃机工业协会的行业文件也明确表明，在相当长时期内，内燃机仍是上述领域的主导动力，是制造业产业链中不可或缺的重要环节，是技术进步的主战场，是我国实现“碳达峰”“碳中和”目标的先行军，承担着建设制造强国的重任。
内燃机是石油消耗的最大主体，交通领域燃油消费仍占我国石油消费的近一半，提高热效率、降低油耗，对改善能源利用率、降低碳排放意义重大。
燃烧是核心，气流是关键
一个多世纪以来，内燃机凭着高热效率、高可靠性、能灵活烧各种液体燃料的本事，一直是陆上交通工具的主要动力来源。面对日益严格的排放法规和不断提高的节能要求，内燃机也朝着高热效率、低污染排放的方向一路往前进。均质充量压缩着火、预混压缩着火、可控自燃、汽油压燃和反应活性控制压燃等先进燃烧模式不断涌现。这些燃烧模式虽然技术路径不同，却有一个共同特点：用大比例的预混合物，来促成可控自燃和低温燃烧。
但燃烧这件事，说到底绕不开流体力学。燃料和空气需要在有限的空间和时间里混匀、烧掉。混合气在时间上怎么演化、空间上怎么分布，会极大地影响燃烧阶段和速率、污染物的生成，还有缸内循环的变动。随着内燃机不断向近零排放和高热效率迈进，如何从流体力学层面精确调控燃烧过程，正在成为越来越重要的技术命题。
“燃料”和“空气”是内燃机燃烧的两个要素。近些年来，在“燃料”这边，喷射压力越来越高，多喷策略越来越灵活，很大程度上推动了燃烧性能的提升。相比之下，“空气”一侧的设计仍具有较强的经验性：许多方案依赖反复试验和工程调校，而不是从缸内过程出发，系统回答空气应该如何组织、流动又该如何优化。然而，缸内气流承担着质量、动量、热量和组分的输运，同时影响分子尺度上的混合过程。只有真正理解气流，才能进一步打开高效清洁燃烧的技术空间。
缸内流动，远比想象的复杂
往复式内燃机中，缸内流动相当复杂。流场不光有大尺度的涡流、滚流、挤流，还有小尺度湍流涡，中间还夹着剪切层、边界层、回流区这些复杂的流动结构。活塞一来一回周期性运动，缸内流场的时间演化就跟着在不同流场结构之间转换，循环和循环之间还有显著的非定常的随机性。
（图书立体封面）
国家科学技术学术著作出版基金资助项目
教育部基础学科和交叉学科突破计划资助项目
王天友 鲁祯 冯以卓 著
ISBN978-7-5618-8304-4
天津大学出版社
《内燃机气流运动及气道》这本书试图系统回答这些问题。第1章从内燃机缸内换气过程的角度，介绍流动的基本概念和研究方法；第2章和第3章围绕缸内流动和边界层流动两个层面展开；第4章着重分析流动对传统汽油机、柴油机和低温燃烧内燃机燃烧性能的影响。
不同的燃烧模式对气流运动的要求不一样，但对内燃机来说，缸内气流运动怎么组织，很大程度上取决于内燃机的“咽喉”——气道。怎么从工程角度把气道开发出来，是整个燃烧系统开发的重点。所以第5章到第7章，主要从气道开发层面，详细介绍气道的测试、评价和开发。
这本书的底气，来自它依托的实验室。
本书依托的先进内燃动力全国重点实验室，前身是内燃机燃烧学国家重点实验室，天津大学原校长史绍熙院士创建，1986年国家计委批准建设，1989年建成开放，是我国内燃机领域的第一个国家重点实验室。
实验室聚焦“能源安全、绿色低碳、动力强国”这些国家战略，讲的是“顶天、立地”——顶天，瞄着世界科技前沿；立地，服务产业实际需求。2015年以来，实验室作为第一完成单位取得6项国家级科技奖，科技部评价它有“开拓和牵引”作用。
本书中的大量试验数据、理论分析与设计准则，都是从这实验室的台架上一天天跑出来的。
王天友教授领衔，二十余年深耕内燃机气流运动与气道开发
本书由王天友教授领衔，鲁祯副教授、冯以卓博士共同编著。
王天友教授是天津大学讲席教授、博士生导师、国家级领军人才，长期致力于内燃机高效清洁燃烧的理论与技术攻关。二十余年来，王天友教授课题组深耕内燃机缸内气流运动基础理论与工程应用研究，先后依托国家863计划、国家自然科学基金及两百余项校企合作科研项目，持续攻关、持续迭代。课题组通过大量仿真分析与试验验证，系统揭示了内燃机多尺度缸内气流的时空演化规律、气流与油气混合、燃烧放热、污染物生成的耦合作用机理，开辟了气流主导的内燃机高效清洁燃烧新型技术路径。相关创新成果已成功落地应用于国内近两百余家企事业单位，有效解决了多款内燃机燃烧效率低、排放偏高、循环波动大等实际工程问题，为内燃机行业产业技术升级提供了坚实的理论支撑与技术方案。
国家科学技术学术著作出版基金和教育部基础学科和交叉学科突破计划共同资助
《内燃机气流运动及气道》获得了国家科学技术学术著作出版基金和教育部基础学科和交叉学科突破计划共同资助，其学术价值与出版意义不言而喻。
这本书的不同之处在于：它并非是对已有研究成果的简单汇编，而是一套可操作、可落地的理论与技术体系。全书依托天津大学王天友教授课题组二十余年的基础研究积淀与工程实践成果，围绕内燃机缸内气流运动这一核心主题，从流场演化机理、湍流耦合规律、气流调控技术到工程应用实践，多维度、系统化地展开阐述。从气流测试到评价体系，从气道设计到缸内流动的数值模拟与试验验证，它试图回答一个根本问题——如何让内燃机“呼吸”得更高效、更清洁。
（目录预览）
（内文展示）
“双碳”背景下，内燃机产业是节能减排的主战场。每一滴燃油利用效率的提升，每一分污染物排放的降低，都有赖于对缸内气流运动的精确理解与调控。这本书，正是写给那些致力于让内燃机“呼吸”得更好的人。
从呼吸到动力，从实验室到生产线，从中国心到强国梦。
《内燃机气流运动及气道》，值得每一位关心动力技术的科技工作者阅读。
（购买链接）
