Polttomoottori on tärkeä osa energiatuotantoa maailmanlaajuisesti. Jotta sen tehokkuutta voidaan lisätä ja päästöjä vähentää, tulee moottorin sylintereissä virtaavan ilman käyttäytymistä ymmärtää paremmin. Suurten pyörteiden menetelmä (engl. large eddy simulation, LES) on laskennallinen menetelmä jonka käyttö polttomoottoreiden simuloinnissa on tullut mahdolliseksi vasta edellisen vuosikymmenen aikana. Menetelmän avulla moottorin sylinterin sisällä tapahtuvia virtauksia voidaan tarkastella aiempaa yksityiskohtaisemmin. Toinen suurten pyörteiden menetelmän tärkeä ominaisuus on sen kyky havaita moottorin syklien keskiarvosuureissa tapahtuvia ei-toivottuja vaihteluita - ilmiö jota kutsutaan syklivaihteluksi (engl. cycle-to-cycle variation, CCV). 

Tässä väitöskirjassa käsitellään suurten pyörteiden menetelmän käyttöä moottorin sylinterin sisällä tapahtuvan virtauksen tutkimiseen. Väitöskirja kuuluu laskennallisen fysiikan alaan, tarkemmin laskennallisen virtausmekaniikan alaan. Väitöskirjan tavoitteina on tutkia millaisia vaatimuksia sylinterin sisäisen virtauksen luotettava simulointi suurten pyörteiden menetelmällä asettaa ja sitä, kuinka simulaation tuloksia voidaan hyödyntää syklivaihteluiden tutkimuksessa. Tavoitteisiin pyrittiin tutkimalla neljää erilaista virtaustilannetta: liikkumatonta venttiili-sylinteri-yhdistelmää, todenmukaista yksisylinterikokoonpanoa, turbulenttia putkivirtausta ja yksikertaistettua moottoria liikkuvan venttiili-sylinteri-yhdistelmän muodossa. 

Vaatimuksia sylinterin sisäisten virtauksien luotettavalle simuloinnille suurten pyörteiden menetelmällä tutkittiin tarkastelemalla laskennalliselta hilalta vaadittavaa resoluutiota, alihilamallien soveltuvuutta ja liikkuvan hilan vaikutuksia lopputuloksiin. Sylinterin sisällä tapahtuvien virtausten rakennetta ja syklivaiteluita tutkittiin tarkastelemalla virtauksen nopeusstatistiikkoja sekä käyttämällä virtauksien muokkauksia ja epälineaarista aikasarja-analyysiä. Väitöskirjan tulosten mukaan suurten pyörteiden menetelmällä voidaan simuloida sylinterin sisäistä virtausta luotettavasti jos simulaatio valmistellaan sopivasti. Tämä vaatii kuitenkin erittäin tiheää laskentahilaa ja lisäksi hilan liike voi vaikuttaa tuloksiin tavalla, joka ei ole suoraan yhteydessä hilan resoluutioon. Tutkimuksen tuloksena on esitetty uusi menetelmä liikkuvan hilan simulaatioiden laadun arviointiin. Liikkuvaa venttiili-sylinteri-yhdistelmää simuloimalla saadut tulokset osoittavat, että virtaus sekä imukanavissa että sylinterissa vaikuttavat syklivaihteluihin ja että syklivaihtelu on kaoottinen ilmiö tutkitussa tapauksessa.