趙文伯　張青　吳志軍　胡宗杰　鄧?。ㄍ瑵?jì)大學(xué)，上海201804）

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可控?zé)岱諊卤椴裼突旌先剂蠂婌F及自燃特性試驗(yàn)研究*

趙文伯張青吳志軍胡宗杰鄧俊
（同濟(jì)大學(xué)，上海201804）

【摘要】在可控活化熱氛圍燃燒試驗(yàn)平臺(tái)上，使用高速攝像機(jī)研究丙烷柴油混合燃料在不同背景溫度下的噴霧特性和自燃特性。結(jié)果證明，在常溫和低協(xié)流溫度下，加入丙烷能夠增大噴霧貫穿距和噴霧錐角，從而有效改善柴油燃料的霧化和蒸發(fā)過程；在高協(xié)流溫度下，快速蒸發(fā)的丙烷對(duì)燃料的自燃過程產(chǎn)生顯著影響；5%體積分?jǐn)?shù)的丙烷使混合燃料的自燃著火點(diǎn)溫度提高了30 K；柴油和混合燃料的滯燃期均隨溫度升高而降低。

主題詞：丙烷柴油混合燃料噴霧自燃

1　前言

近年來，均質(zhì)壓燃（HCCI）技術(shù)憑借其較低碳煙排放和較高的熱效率成為內(nèi)燃機(jī)的主要研究方向之一［1～4］。文獻(xiàn)［5］表明，燃料與空氣快速均勻地混合是限制HCCI技術(shù)發(fā)展的主要因素。而丙烷作為一種低沸點(diǎn)的代用燃料，常溫常壓下就以液體存在，儲(chǔ)運(yùn)方便且價(jià)格低廉，并能與柴油在任意比例互溶。文獻(xiàn)［6］表明，可以利用低沸點(diǎn)燃料的閃急沸騰引起的微爆效應(yīng)促進(jìn)高沸點(diǎn)、高黏度燃料的霧化與蒸發(fā)。因此，柴油中添加適當(dāng)比例的丙烷可大大改善柴油噴霧霧化質(zhì)量，降低發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙和HC排放［7、8］。同時(shí)，丙烷較高的汽化潛熱能夠降低缸內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)低溫燃燒，從而減少NOx排放。

本文利用高速攝影儀，在可控活化熱氛圍燃燒器提供的穩(wěn)定均勻的溫度場(chǎng)上對(duì)混合燃料噴霧及自燃過程進(jìn)行可視化研究，分析丙烷的添加對(duì)噴霧和起升火焰特征參數(shù)的影響及其內(nèi)在機(jī)制。

2　試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)臺(tái)架

可控活化熱氛圍燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)主要由混合燃料制備系統(tǒng)、燃油增壓系統(tǒng)（高壓氮罐、蓄能器）、柴油噴嘴、ECU、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速攝影機(jī)構(gòu)成，如圖1所示。

圖1　噴射試驗(yàn)系統(tǒng)示意

可控活化熱氛圍燃燒器結(jié)構(gòu)如圖2所示?；鹧嫒紵到y(tǒng)總成由圓形多孔燃燒盤、外層擋圈、中央噴嘴3部分組成。協(xié)流混合氣（氫氣和空氣）燃燒產(chǎn)生協(xié)流火焰，從而形成穩(wěn)定的協(xié)流溫度場(chǎng)，通過調(diào)節(jié)混合氣的混合比例，可以控制協(xié)流的熱氛圍、氧氛圍，溫度范圍300～1 700 K。中央射流（柴油/混合燃料）由噴嘴噴出，經(jīng)過協(xié)流溫度場(chǎng)加熱形成起升火焰?；鹧婊烤鄧娮炜诰嚯x為火焰起升高度。

圖2　熱氛圍燃燒器示意［9］

試驗(yàn)使用的柴油及丙烷燃料在0.101 MPa和300 K溫度條件下的理化特性參數(shù)如表1所列。常壓下丙烷沸點(diǎn)為231 K，極易汽化。常溫（300 K）條件下，丙烷在較低的壓力（≥1 MPa）下即可液化。本文選用丙烷體積分?jǐn)?shù)為5%的混合燃料作為研究對(duì)象。

2.2試驗(yàn)設(shè)置及方法

分別在常溫和不同協(xié)流溫度下進(jìn)行純柴油和混合燃料的噴霧及自燃特性試驗(yàn)。采用1500 ms的噴油脈寬，記錄兩種燃料噴霧及火焰的瞬態(tài)發(fā)展過程和穩(wěn)定形態(tài)。柴油試驗(yàn)協(xié)流溫度范圍為373～923 K，以50 K為間隔進(jìn)行噴霧貫穿距和噴霧錐角的數(shù)據(jù)采集，自燃現(xiàn)象發(fā)生后改以25 K為間隔進(jìn)行記錄；混合燃料試驗(yàn)溫度范圍為423～923 K，以100 K為間隔采集相應(yīng)的噴霧數(shù)據(jù)，發(fā)生自燃后以20 K為間隔進(jìn)行研究。噴霧和自燃試驗(yàn)的噴射壓力均為15 MPa，噴孔直徑為0.12 mm，協(xié)流流量為109.5 m3/h，環(huán)境溫度為300 K。

ECU發(fā)出噴油電信號(hào)的同時(shí)高速攝影系統(tǒng)也被觸發(fā)，由于噴嘴對(duì)電信號(hào)的響應(yīng)延遲，導(dǎo)致噴油始點(diǎn)比拍攝始點(diǎn)晚約85 ms。圖3所示為噴油始點(diǎn)的確定方案［17］。試驗(yàn)開始后，先打開激光器，隨后通過采集控制卡觸發(fā)高速攝影儀，延時(shí)一定時(shí)間后控制油泵試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行噴油。當(dāng)燃油離開噴嘴口后，激光由于油霧的作用而發(fā)生散射，散射光進(jìn)入光電耦合器（CCD），從而在高速攝影圖像上形成一個(gè)光斑，進(jìn)而可以準(zhǔn)確測(cè)定噴油起始點(diǎn)。高速攝影法以首次可見火焰的出現(xiàn)時(shí)刻為著火起始點(diǎn)，由首次出現(xiàn)散射光斑及首次可見火焰之間的幀數(shù)及相應(yīng)的拍攝速率即可確定滯燃期。自燃點(diǎn)位置的試驗(yàn)結(jié)果也是通過對(duì)高速攝影圖像中的首次可見火焰圖片進(jìn)行處理而得到的。

2.3數(shù)據(jù)處理

使用Phantom v7.3高速攝影機(jī)，可以獲得噴霧及起升火焰的圖像。為了避免外部光線的干擾，拍攝過程是在封閉暗室內(nèi)進(jìn)行的，拍攝幀數(shù)為5 000幀/s。利用MATLAB程序?qū)Ω咚贁z影機(jī)所采集的大量圖像信息進(jìn)行處理。讀取噴霧及火焰圖像的紅、綠、藍(lán)3種顏色信息，并通過公式（1）將其轉(zhuǎn)化為灰度值（Gs）。

式中，R、G、B分別代表紅、綠、藍(lán)3色的灰度值。

為了突出火焰基部的淡藍(lán)色，式（1）中藍(lán)色所占比重較常用方法高。為了過濾背景環(huán)境的干擾，設(shè)置火焰灰度的閾值為5。此后將灰度圖轉(zhuǎn)換為二值圖像。為驗(yàn)證所用方法的精確性，選取更低的灰度閾值（Gs=3），并人工去除噪聲。所得結(jié)果并無明顯差別，表明灰度閾值5即可很好地捕捉噴霧發(fā)展及火焰火核。為了驗(yàn)證噴霧和火焰的可重復(fù)性，在相同的邊界條件下，選取兩組噴霧數(shù)據(jù)和3組火焰數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所得的噴霧貫穿距、噴霧錐角和滯燃期等數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差均在5%以下。

3　噴霧特性的研究

本文中的噴霧特性主要包括噴霧貫穿距和噴霧錐角2個(gè)宏觀參數(shù)。噴霧貫穿距表示油束的貫穿能力，噴霧錐角是衡量油束緊密程度的參數(shù)。燃料粘度的改變會(huì)影響燃料的噴霧錐角。粘度較小的燃料在噴霧過程中氣液混合狀況較好，從而改善霧化狀況［10、11］。

3.1常溫下燃料的噴霧特性對(duì)比試驗(yàn)

常溫下，柴油與混合燃料噴霧隨時(shí)間發(fā)展過程如表2所列。兩種燃料的噴霧貫穿距隨著噴射時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。噴霧早期，燃油以極高的速度從噴嘴噴出，油束液滴尚未充分破碎，慣性、動(dòng)量較高，運(yùn)動(dòng)速度較快。隨著燃油噴霧進(jìn)一步向上發(fā)展，環(huán)境氣體的阻滯作用使得油束前端面的發(fā)展速度下降。同時(shí)，由于氣體與液體的相對(duì)速度會(huì)造成油束的碎裂，使得其徑向發(fā)展趨勢(shì)明顯增加，有利于燃油與空氣更充分的混合。

表2　常溫下柴油與混合燃料噴霧發(fā)展過程

圖4和圖5反映了常溫下純柴油和混合燃料噴霧前鋒面及噴霧錐角隨時(shí)間的變化。常溫下，純柴油噴霧穩(wěn)定狀態(tài)下的噴霧錐角約為10.5°，而混合燃料的噴霧錐角則達(dá)到14°。

圖4　常溫下噴霧前鋒面的運(yùn)動(dòng)曲線

由圖4和圖5可以看出，常溫下混合燃料的噴霧貫穿距和噴霧錐角都大于純柴油，說明少量丙烷的添加就可以有效改善燃料的霧化過程。常壓條件下混合燃料從噴嘴噴出后，其中溶解的低沸點(diǎn)的丙烷迅速汽化產(chǎn)生微爆效應(yīng)，促進(jìn)了油束的破碎，使得燃油液滴的粒徑減小，噴霧形態(tài)更加發(fā)散。同時(shí)，油束周圍的空氣由于閃急沸騰作用迅速擴(kuò)散，增大了燃油液滴的徑向速度，導(dǎo)致噴霧錐角變大。

為了分析混合燃料噴霧貫穿距高于純柴油噴霧的原因，進(jìn)一步研究?jī)煞N燃料的噴霧發(fā)展速度，即對(duì)噴霧貫穿距求導(dǎo)得到噴霧速度的變化曲線，如圖6所示?？梢?，噴霧速度隨時(shí)間發(fā)展而降低，且速度變化逐漸平緩。這是由于燃油液滴隨著速度降低所受到的氣相阻力逐漸減小導(dǎo)致的。

對(duì)比兩種燃料噴霧發(fā)展后期的速率變化發(fā)現(xiàn)，柴油噴霧的發(fā)展速度始終保持較高的減速度至降低為零（3～4.3 ms）；而對(duì)于混合燃料，當(dāng)噴霧速度降低到約35 m/s后，其噴霧速度下降速率明顯減緩，并以較低的速度減小至零（2.3～8 ms）。造成這種速度變化規(guī)律的原因有兩方面：一是由于噴霧發(fā)展過程中，汽化潛熱較高的丙烷汽化帶走了較高的熱量，降低了柴油液滴的蒸發(fā)速度，導(dǎo)致混合燃料噴霧發(fā)展時(shí)間延長(zhǎng)；二是因?yàn)榛旌先剂蠂婌F前鋒面的初始動(dòng)量下降為零后，丙烷的閃急沸騰導(dǎo)致前鋒面附近的燃油液滴迅速擴(kuò)散并向外輻射，而向上發(fā)展的動(dòng)量導(dǎo)致了噴霧前鋒面繼續(xù)以較低的速度向上發(fā)展。這也是導(dǎo)致常溫下混合燃料噴霧貫穿距大于柴油的原因。

圖6　常溫下噴霧速度隨時(shí)間的變化曲線

3.2不同協(xié)流溫度下燃料的噴霧特性對(duì)比試驗(yàn)

表3為軟件處理后423～923 K協(xié)流溫度下柴油和混合燃料噴霧穩(wěn)態(tài)圖像對(duì)比?？芍?，隨著協(xié)流溫度的升高，柴油及混合燃料噴霧的最大貫穿距和噴霧錐角均不斷減小。這是由燃油液滴的蒸發(fā)隨協(xié)流溫度的提高而加快導(dǎo)致的。

表3　不同協(xié)流溫度下柴油及混合燃料噴霧對(duì)比

圖7和圖8為柴油和混合燃料的噴霧貫穿距和噴霧錐角隨協(xié)流溫度變化的對(duì)比圖。在較低協(xié)流溫度下，柴油燃料的噴霧貫穿距及錐角與常溫下結(jié)果相同，即均小于混合燃料。而隨著協(xié)流溫度升高，混合燃料貫穿距及錐角的下降速度較快，在高溫區(qū)域內(nèi)反而低于柴油噴霧。這是因?yàn)楸榈拈W急沸騰現(xiàn)象促進(jìn)了混合燃料噴霧的破碎與擴(kuò)散，使得燃料液滴粒徑明顯小于柴油噴霧，這些小液滴在高溫下迅速蒸發(fā)，導(dǎo)致高協(xié)流溫度下混合燃料的貫穿距和錐角小于純柴油。

圖7　最大噴霧貫穿距隨協(xié)流溫度的變化曲線

圖8　噴霧錐角隨協(xié)流溫度的變化曲線

Park S H［12］等人針對(duì)生物柴油噴霧霧化特性的研究也表明，由于溫度的升高促進(jìn)了小尺寸液滴的蒸發(fā)，從而增大了大尺寸液滴的比例，導(dǎo)致燃油液滴的索特平均直徑（SMD）隨著溫度的升高而增大。因此，混合燃料的噴霧貫穿距和噴霧錐角對(duì)于溫度的變化表現(xiàn)出了更高的敏感性。

4　自燃特性的研究

4.1協(xié)流溫度對(duì)滯燃期的影響

對(duì)試驗(yàn)所得的火焰圖像進(jìn)行分析處理，得到混合燃料和柴油滯燃期的變化，如圖9所示。同時(shí)，通過Chemkin軟件對(duì)自燃過程進(jìn)行模擬，選用均質(zhì)反應(yīng)器來研究溫度變化對(duì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)準(zhǔn)備過程的影響，得到混合燃料和柴油在化學(xué)當(dāng)量比下的滯燃期變化曲線并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。模擬選用美國Curran［13］等人提出的正庚烷氧化反應(yīng)機(jī)理，該反應(yīng)機(jī)理包含544種物質(zhì)和2 446個(gè)基元反應(yīng)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，兩種燃料的滯燃期均隨協(xié)流溫度的上升而降低，且在低溫區(qū)對(duì)溫度的變化較為敏感，而在高溫階段變化較小。此外，對(duì)比兩種燃料試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，滯燃期的下降由劇烈到平緩的轉(zhuǎn)折溫度點(diǎn)不同，混合燃料的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)由1 013.5 K提高到1 038.5 K。

圖9　滯燃期隨協(xié)流溫度的變化對(duì)比

對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果可知，整體上計(jì)算得到的滯燃期要略高于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在高協(xié)流溫度下差距較小。噴霧的自燃過程主要受到燃料的蒸發(fā)霧化、可燃混合氣的形成（物理準(zhǔn)備過程），以及燃油分子的裂解、氧化等化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程（化學(xué)準(zhǔn)備過程，即Chemkin計(jì)算結(jié)果）兩方面限制。

Chemkin模擬結(jié)果表明，滯燃期對(duì)溫度的敏感性隨協(xié)流溫度的提高而降低。在低協(xié)流溫度工況下，燃料的化學(xué)滯燃期較長(zhǎng)，化學(xué)準(zhǔn)備過程對(duì)于滯燃期的限制起主導(dǎo)作用。隨著協(xié)流溫度的進(jìn)一步升高，化學(xué)準(zhǔn)備過程大大縮短，對(duì)實(shí)際滯燃期的影響逐漸減小，因此在高協(xié)流溫度區(qū)，滯燃期隨溫度升高而降低的趨勢(shì)減緩，曲線斜率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。而協(xié)流溫度的提高對(duì)可燃混合氣的混合過程提升較小，此時(shí)滯燃期主要受物理準(zhǔn)備過程的限制。

由圖9中試驗(yàn)結(jié)果可知，高協(xié)流溫度下混合燃料滯燃期小于柴油。這是因?yàn)榇藭r(shí)物理準(zhǔn)備過程是滯燃期的主要影響因素，而丙烷的閃急沸騰現(xiàn)象有利于混合燃料的霧化和混合氣的形成，因此混合燃料的滯燃期較短。在低協(xié)流溫度工況下，兩種燃料滯燃期的變化曲線斜率不同且發(fā)生交叉。這是由于丙烷的閃急沸騰現(xiàn)象有利于混合燃料的霧化和混合氣的形成等物理準(zhǔn)備過程，降低了溫度對(duì)于燃油蒸發(fā)等物理過程的影響。但是，與柴油相比丙烷的汽化潛熱較高，蒸發(fā)速度較快，汽化帶走的熱量更多，導(dǎo)致了化學(xué)過程被延長(zhǎng)，這與模擬結(jié)果中混合燃料滯燃期在低協(xié)流溫度下高于柴油的現(xiàn)象相符。因此，在低協(xié)流溫度下，混合燃料化學(xué)滯燃期受到溫度限制的范圍比純柴油大，所以滯燃期曲線斜率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)由1 013.5 K提高到了1 038.5 K。

4.2協(xié)流溫度對(duì)火焰起升高度的影響

油束在噴入熱協(xié)流后，卷吸周圍的空氣，很快達(dá)到其自燃所需的溫度及濃度，自燃隨即發(fā)生［14］。隨著協(xié)流溫度的不同，自燃發(fā)生時(shí)刻也不同。表4為不同協(xié)流溫度下柴油與混合燃料的穩(wěn)定火焰圖像對(duì)比。

表4　不同協(xié)流溫度下柴油與混合燃料穩(wěn)態(tài)火焰圖像對(duì)比

試驗(yàn)中觀察火焰形態(tài)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)協(xié)流溫度較低時(shí)，火焰整體呈淡藍(lán)色，符合預(yù)混火焰特性［15］。當(dāng)協(xié)流溫度較高時(shí)，火焰整體的大部分呈明亮黃色火焰，呈現(xiàn)出擴(kuò)散燃燒火焰的特點(diǎn)［16］，且起升火焰較為穩(wěn)定。試驗(yàn)表明，混合燃料達(dá)到自燃的臨界溫度約為993 K，低于此溫度時(shí)無法形成明顯的火焰，臨界溫度與柴油相比提高了30 K。當(dāng)協(xié)流溫度低于1 013 K時(shí)，火焰呈極淡的藍(lán)色，火焰基部波動(dòng)較大。當(dāng)溫度高于1 013 K時(shí)，與純柴油噴霧自燃現(xiàn)象相似，呈現(xiàn)擴(kuò)散燃燒火焰的特點(diǎn)。

圖10為混合燃料和柴油的火焰起升高度隨協(xié)流溫度的變化。可知，兩種燃料火焰的起升高度都隨協(xié)流溫度的升高而降低。這是因?yàn)橹鹧舆t期越長(zhǎng)，噴霧前鋒面行進(jìn)的距離越長(zhǎng)，火焰的穩(wěn)定起升高度也就越高。

圖10　火焰起升高度隨協(xié)流溫度的變化曲線

對(duì)比兩種燃料火焰起升高度隨溫度變化的規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，混合燃料的火焰起升高度在所有試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)均高于柴油噴霧，這與兩種燃料滯燃期隨溫度變化的規(guī)律并不完全相符。根據(jù)圖9的試驗(yàn)結(jié)果，混合燃料的滯燃期在較高協(xié)流溫度范圍內(nèi)低于柴油，而其火焰起升高度反而更高。

觀察自燃發(fā)生后的穩(wěn)定火焰圖像，并對(duì)混合燃料的火焰起升高度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集發(fā)現(xiàn)，自燃發(fā)生后混合燃料火焰的起升點(diǎn)會(huì)隨著時(shí)間逐漸上移，因而盡管混合燃料在高溫下的滯燃期小于柴油，但隨著時(shí)間的推移，其火焰起升高度反而高于柴油。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于高溫下混合燃料的滯燃期雖然較短，但是隨著噴射時(shí)間的增加，丙烷較快的蒸發(fā)速度和較高的汽化潛熱導(dǎo)致噴嘴口附近區(qū)域的協(xié)流溫度降低，因此混合燃料噴霧發(fā)生自燃的化學(xué)動(dòng)力學(xué)準(zhǔn)備過程也更長(zhǎng)，從而使得最終的起升高度高于純柴油。

5　結(jié)束語

a.在常溫或低協(xié)流溫度下，添加丙烷能夠促進(jìn)燃料的霧化和蒸發(fā)，增大了混合燃料的噴霧錐角；燃油液滴蒸發(fā)速度變慢，混合燃料噴霧發(fā)展時(shí)間延長(zhǎng)；受丙烷閃急沸騰作用的推動(dòng)，噴霧前鋒面向外擴(kuò)散輻射，導(dǎo)致混合燃料噴霧貫穿距大于柴油。

b.在高協(xié)流溫度下，混合燃料噴霧中較小尺寸的液滴迅速蒸發(fā)，導(dǎo)致其貫穿距及錐角在高溫工況下小于柴油噴霧。

c.混合燃料的滯燃期隨溫度升高而降低，當(dāng)?shù)蛥f(xié)流溫度較低時(shí)，化學(xué)準(zhǔn)備過程對(duì)于滯燃期的限制起主導(dǎo)作用；在較高的協(xié)流溫度下，可燃混合氣的形成過程對(duì)滯燃期的限制起主導(dǎo)作用。

d.柴油和混合燃料的火焰均呈典型起升火焰特點(diǎn)，協(xié)流溫度較低時(shí)，火焰起升高度較高，基部遠(yuǎn)離噴嘴口。柴油噴霧的最低自燃溫度約為963 K，低于該溫度時(shí)難以形成比較穩(wěn)定的自燃火焰，而混合燃料最低自燃溫度提高了30 K。

e.兩種燃料的火焰起升高度隨著溫度升高而降低?；旌先剂系钠鹕叨仍谡麄€(gè)溫度區(qū)間內(nèi)均高于柴油。

參考文獻(xiàn)

1http：//www.caam.org.cn/hangye/20140917/1505131918.html.

2余敬周.DME閃急沸騰噴霧特性及其在柴油HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用研究：［學(xué)位論文］.武漢：華中科技大學(xué)，2009.

3Tanaka S，Ayala F，Keck J C，et al.Two-stage ignition in HCCI combustion and HCCI control by fuels and additives. Combustion&Flame，2003，132（1）：219～239.

4Saxena S，Bedoya I D.Fundamental phenomena affecting low temperature combustion and HCCI engines，high load limits and strategies for extending these limits.Progress in Energy&Combustion Science，2013，39（5）：457～488.

5Ganesh D，Nagarajan G，Ibrahim M M.Study of perfor?mance，combustion and emission characteristics of diesel homogeneous charge compression ignition（HCCI）combus?tion with external mixture formation.Fuel，2008，87（17-18）：3497～3503.

6Senda J，Wada Y，Kawano D，et al.Improvement of combus?tion and emissions in diesel engines by means of enhanced mixture formation based on flash boiling of mixed fuel.Inter?national Journal of Engine Research，2008，9（1）：15～27.

7馬志豪，黃佐華，李沖霄，等.柴油丙烷混合燃料的噴霧特性的試驗(yàn)研究.內(nèi)燃機(jī)工程，2007，28（5）：6～9.

8Ma Zhihao，Huang Zuohua，Li Chongxiao，et al.Combustion and emission characteristics of a diesel engine fuelled with diesel-propane blends.Fuel，2008，87（8）：1711～1717.

9鄧俊.可控?zé)岱諊虏裼蛧婌F自燃及燃燒特性的研究：［學(xué)位論文］.上海：上海交通大學(xué)，2007.

10Lee S，Tanaka D，Kusaka J，et al.Effects of diesel fuel characteristics on spray and combustion in a diesel engine. JSAE review，2002，23（4）：407～414.

11李理光，張旭升，胡宗杰，等.生物柴油的噴霧及燃燒與排放特性研究.2008中國生物質(zhì)能源技術(shù)路線標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)論壇，上海，2008：338～349.

12Park S H，Kim H J，Suh H K，et al.Experimental and nu?merical analysis of spray-atomization characteristics of biodiesel fuel in various fuel and ambient temperatures conditions.International journal of heat and fluid flow，2009，30（5）：960～970.

13Curran H J，Gaffuri P，Pitz W J，et al.A comprehensive modeling study of n-heptane oxidation.Combustion and flame，1998，114（1）：149～177.

14Minetti R，Carlier M，Ribaucour M，et al.A rapid compres?sion machine investigation of oxidation and auto-ignition of n-heptane：measurements and modeling.Combustion and Flame，1995，102（3）：298～309.

15Kuo K.Principles of Combustion.John Wiley，1986，14 （4）：455～460.

16Bilger R W.Turbulent jet diffusion flames.Progress in En?ergy and Combustion Science，1976（2）：87～109.

17鄧俊，吳志軍，黃成杰，等.活化熱氛圍下柴油噴霧多點(diǎn)自燃特性及影響因素的試驗(yàn)研究.科學(xué)通報(bào)，2006，51 （22）：2699～2704.

（責(zé)任編輯晨曦）

修改稿收到日期為2016年6月1日。

中圖分類號(hào)：U464；U473.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3703（2016）07-0024-06

*基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51006075 9144110128）。

通訊作者：吳志軍，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：zjwu@#edu.cn。

Experimental Research on Spray and Auto-ignition Characteristics of Propane-diesel Blended Fuel in a Controllable Active Thermo Atmosphere

Zhao Wenbo，Zhang Qing，Wu Zhijun，Hu Zongjie，Deng Jun
（Tongji University，Shanghai 201804）

【Abstract】Spray and auto-ignition characteristics of propane-diesel blended fuel under different temperatures are studied in a controllable active thermo-atmosphere by high-speed photographic camera.The results show that spray penetration and spray cone angle are increased by the addition of propane under normal and low co-flow temperature，and the atomization and evaporation process of the fuel are thus improved.While under high co-flow temperature，the autoignition process of the fuel is dramatically influenced by the rapidly-evaporated propane.The temperature of the autoignition point is increased by 30K with the addition of 5%volume fraction propane.Ignition delay period of both fuels decreases as the co-flow temperature increases.

Key words:Propane，Diesel，Blended fuel，Spray，Auto-ignition