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先进燃烧技术是提高内燃机热效率、降低污染物排放的核心。内燃机燃烧是受限空间内的复杂湍流燃烧过程，这就决定了内燃机燃油喷射过程、燃烧火焰发展及污染物生成演化历程一定会与燃烧有限空间内的壁面发生作用，进而影响内燃机综合性能。本文运用双色法、激光诱导荧光法、激光诱导炽光法等多种光学测试技术，针对内燃机喷雾混合、燃烧火焰以及污染物演化历程与壁面的作用关系开展了深入系统研究。
首先，运用多种光学方法在燃烧器上开展层流部分预混火焰燃烧特性研究，并在此基础上通过改变火焰温度或添加壁面来研究火焰撞壁后对火焰温度及其污染物的影响。研究发现：氧浓度在浓混合气的火焰中对温度影响占据主要作用。在火焰发展上，不同环数PAH与碳烟的生成氧化位置相互对应；不同环数的PAH有对应的生成温度，四环的多环芳香烃（PAH）相对荧光强度的峰值在1400~1600K左右，二环和三环的PAH相对荧光强度的峰值在800~1400K左右；四环的多环芳香烃（PAH）能够较好预测碳烟的浓度结果，但在掺混CO2的火焰中，由于温度较低抑制了大环PAH向碳烟转换，使得碳烟量急剧减少。
在火焰撞壁的实验中，在壁面高度为20~25mm时，此时火焰的PAH与碳烟的浓度最高。在壁面较低的情况(h≤15mm)，壁面温度的变化对PAH及碳烟没有影响；随着壁面升高(15≤h≤25mm),壁面温度升高促进了PAH及碳烟的生成；当壁面继续升高(h≥25mm),壁面温度升高促进了PAH及碳烟的氧化过程，壁面温度升高使得PAH及碳烟浓度降低。
之后，在一台高压高温定容燃烧弹上研究了不同的撞壁距离、喷油压力、环境温度与压力条件下，柴油撞壁后近壁面区域的宏观喷雾特性。结果表明：壁面对于燃油油束的基本结构的改善具有重大的影响。与自由喷雾相比，撞壁使得喷雾的贯穿距减小，喷雾锥角增加；随着撞壁距离的增加，油束反弹高度呈现先增加后减小的趋势；当撞壁距离减小到一定程度时，会出现较多的燃油附壁，使得此时油束动量损失巨大，使得油束反弹高度急剧减小。
进一步的研究中，选取正十二烷作为柴油替代物，添加四甲基对苯二胺（TMPD）和萘作为复合激光诱导荧光的荧光剂，分析不同环境温度、压力和喷油压力条件下，燃油撞壁后气液相浓度分布特征。研究发现：在Ta=773K,Pa=4MPa的工况下，当撞壁距离为35mm，即使喷油压力提高至1600bar时，液相燃油几乎很难接触壁面发生撞壁。不同环境压力下，低压使燃料的浓区沿轴向下移更加靠近壁面，且气相浓度随着压力的升高而升高；随着壁温增高，气相燃油浓度呈现先增加后下降的趋势。
最后本文针对了不同壁面温度、喷射压力、环境压力下，燃油油束撞壁后近壁面区域的火焰结构和燃烧特性进行了研究。利用高速摄像拍摄撞壁喷雾的火焰发展历程，量化得到火焰自发光亮度、滞燃期和火焰几何参数并进行分析。结果表明：随壁面温度升高，火焰亮度增大。环境压力为2MPa时，火焰亮度最大的区域首先出现在涡流区；环境压力为4MPa时，火焰亮度大的区域出现在靠近壁面的位置。环境压力为2MPa时，着火点首先出现在壁喷区，着火点与喷雾轴线距离随壁面温度升高而减小，随喷射压力增大而增大；环境压力为4MPa时着火点首先出现在撞壁区。环境温度在723K时，随壁面温度升高火焰的自发光强增大，即碳烟生成增多；环境温度在793K时，壁面温度对碳烟影响很小。
首先，运用多种光学方法在燃烧器上开展层流部分预混火焰燃烧特性研究，并在此基础上通过改变火焰温度或添加壁面来研究火焰撞壁后对火焰温度及其污染物的影响。研究发现：氧浓度在浓混合气的火焰中对温度影响占据主要作用。在火焰发展上，不同环数PAH与碳烟的生成氧化位置相互对应；不同环数的PAH有对应的生成温度，四环的多环芳香烃（PAH）相对荧光强度的峰值在1400~1600K左右，二环和三环的PAH相对荧光强度的峰值在800~1400K左右；四环的多环芳香烃（PAH）能够较好预测碳烟的浓度结果，但在掺混CO2的火焰中，由于温度较低抑制了大环PAH向碳烟转换，使得碳烟量急剧减少。
在火焰撞壁的实验中，在壁面高度为20~25mm时，此时火焰的PAH与碳烟的浓度最高。在壁面较低的情况(h≤15mm)，壁面温度的变化对PAH及碳烟没有影响；随着壁面升高(15≤h≤25mm),壁面温度升高促进了PAH及碳烟的生成；当壁面继续升高(h≥25mm),壁面温度升高促进了PAH及碳烟的氧化过程，壁面温度升高使得PAH及碳烟浓度降低。
之后，在一台高压高温定容燃烧弹上研究了不同的撞壁距离、喷油压力、环境温度与压力条件下，柴油撞壁后近壁面区域的宏观喷雾特性。结果表明：壁面对于燃油油束的基本结构的改善具有重大的影响。与自由喷雾相比，撞壁使得喷雾的贯穿距减小，喷雾锥角增加；随着撞壁距离的增加，油束反弹高度呈现先增加后减小的趋势；当撞壁距离减小到一定程度时，会出现较多的燃油附壁，使得此时油束动量损失巨大，使得油束反弹高度急剧减小。
进一步的研究中，选取正十二烷作为柴油替代物，添加四甲基对苯二胺（TMPD）和萘作为复合激光诱导荧光的荧光剂，分析不同环境温度、压力和喷油压力条件下，燃油撞壁后气液相浓度分布特征。研究发现：在Ta=773K,Pa=4MPa的工况下，当撞壁距离为35mm，即使喷油压力提高至1600bar时，液相燃油几乎很难接触壁面发生撞壁。不同环境压力下，低压使燃料的浓区沿轴向下移更加靠近壁面，且气相浓度随着压力的升高而升高；随着壁温增高，气相燃油浓度呈现先增加后下降的趋势。
最后本文针对了不同壁面温度、喷射压力、环境压力下，燃油油束撞壁后近壁面区域的火焰结构和燃烧特性进行了研究。利用高速摄像拍摄撞壁喷雾的火焰发展历程，量化得到火焰自发光亮度、滞燃期和火焰几何参数并进行分析。结果表明：随壁面温度升高，火焰亮度增大。环境压力为2MPa时，火焰亮度最大的区域首先出现在涡流区；环境压力为4MPa时，火焰亮度大的区域出现在靠近壁面的位置。环境压力为2MPa时，着火点首先出现在壁喷区，着火点与喷雾轴线距离随壁面温度升高而减小，随喷射压力增大而增大；环境压力为4MPa时着火点首先出现在撞壁区。环境温度在723K时，随壁面温度升高火焰的自发光强增大，即碳烟生成增多；环境温度在793K时，壁面温度对碳烟影响很小。