天然气是一种清洁替代能源,其储量丰富,价格便宜,为了满足节能减排要求,天然气作为发动机燃料受到越来越广泛的关注,在内燃机上进行推广具有广阔的发展空间。由于天然气燃烧速率慢,在发动机中燃烧容易出现功率不足和经济性差等问题。为提高稀燃天然气发动机的动力性和经济性,必须对该类发动机的燃烧进行深入分析。对湍流燃烧而言,气流的流动至关重要,而进气道和燃烧室是影响流动的关键因素。据此,本文对天然气发动机进气道和燃烧室结构进行研究,通过试验结合数值模拟的方法,探索出提高天然气发动机燃烧速率的方法。本文基于一台直列六缸涡轮增压稀燃天然气发动机试验数据开展数值模拟,采用大涡模拟（LES）结合试验数据标定了该发动机三维数值模型。在标定模型的基础上,对天然气发动机原机进气道和燃烧室进行修改和模拟研究,并与标定模型进行对比分析。研究内容和结论主要有:（1）通过在进气道中添加涡流阀,缸内涡流比得到大幅提升,相应地湍动能也得到了提高,然而燃烧速率并不是随着湍动能和涡流比提高而提高,而是取决于火花塞附近的湍动能以及火焰传播过程中湍动能的大小。（2）为了提高滚流比,将螺旋气道改为滚流气道,结果表明滚流气道能够在进气过程中大幅提高滚流比和湍动能,但后期湍动能耗散较快,这主要是因为发动机燃烧室结构并不能适应滚流的发展。（3）通过设计一种夹角为45°的敞口型和缩口型燃烧室与原来的直口型燃烧室进行对比研究。结果表明论文所设计的敞口型燃烧室能产生强滚流,使得点火时火花塞附近湍动能得到提高,与此同时缸内的湍动能也得到了提高,天然气发动机燃烧速率得到提升。