随着我国汽车工业的发展,内燃机的污染物排放已经成为我国环境恶化的主要来源之一。合适的新型替代燃料可以在较少改变柴油机具体结构的情况下,大幅降低内燃机的soot和NOx排放,已成为当今研究热点,而乙醇柴油,乳化柴油等替代燃料被认为是常见的可行性燃料。本文先采用预燃式定容燃烧弹系统和高速数字纹影法光学系统,对喷油压力为100MPa~150MPa、环境密度为7.5kg/m3~15kg/m3、环境温度为800K~1200K、氧浓度为15%~21%时的含10%乙醇的乙醇柴油的冷态喷雾、喷雾蒸发和燃烧试验进行了可视化研究。然后,又进行了纯柴油、掺10%水的乳化柴油的冷态喷雾、喷雾蒸发及燃烧特性的对比研究。分别分析了柴油中掺入乙醇和水对冷态喷雾、喷雾蒸发及燃烧特性的影响。在乙醇柴油冷态喷雾试验中,喷油压力越高,喷雾贯穿距越长,雾化面积和体积越大,雾化效果越好;环境密度越高,喷雾贯穿距越短,喷雾锥角越大,雾束横向卷吸能力提高,但整体雾化效果下降,雾化面积和体积变小。在喷雾蒸发试验中,雾形总体上与冷态喷雾特性规律相似,但环境温度的升高能促进燃油的蒸发。在喷雾燃烧试验中,环境温度越高,环境密度越大,氧浓度越高,燃烧滞燃期越短,稳态区火焰升举长度距离喷孔位置越近,火焰综合亮度峰值越高,Soot的氧化速度越快,使得最终生成的Soot排放量反而越少;而喷射压力越高,燃油雾化效果越好,燃烧滞燃期越短,燃烧持续期也越短,火焰综合亮度峰值越低,燃烧生成的Soot量越少,同时Soot的氧化速度越快,说明提高喷射压力能有效降低最终碳烟的残留量。本文还对比了乙醇柴油E10与纯柴油E0、掺水乳化油W10的喷雾蒸发及燃烧特性。结果表明,乙醇柴油E10的冷态喷雾和蒸发特性与纯柴油E0、掺水乳化油W10差别不大,而能在一定程度抑制柴油的着火燃烧,延长滞燃期,增大火焰升举长度,对燃烧火焰综合亮度有明显影响,燃烧火焰综合亮度峰值由高到低依次为E10>E0>W10,由对比图可知,柴油中掺入10%的乙醇和10%的水均降低燃烧最终的Soot排放。