柴油-丁醇混合燃料噴霧火焰的兩色法測試研究

石奇， 李鐵， 張小卿， 王斌， 賀鵬飛

(上海交通大學(xué)海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200240)

柴油-丁醇混合燃料噴霧火焰的兩色法測試研究

石奇， 李鐵， 張小卿， 王斌， 賀鵬飛

(上海交通大學(xué)海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200240)

基于兩色法原理，可利用彩色高速相機(jī)測量噴霧火焰的溫度和炭煙濃度(KL)二維分布的時間演變，為先進(jìn)柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供必要信息。通過使用單臺彩色相機(jī)的兩個獨(dú)立感光通道，兩色法測量裝置得到大幅度簡化。兩色法的測試結(jié)果受多種因素影響，例如雙波長的選擇，帶通濾片的透過性，光路的設(shè)置等，然而相關(guān)研究并不充分。本文在對兩色法的測試不確定度及誤差進(jìn)行了分析和討論之后，并對柴油丁醇混合燃料在不同環(huán)境氧體積分?jǐn)?shù)下的火焰溫度和炭煙濃度(KL)的時空分布進(jìn)行了研究。

兩色法； 柴油； 丁醇； 混合燃料； 火焰溫度； 炭煙

20世紀(jì)70年代后期，日本學(xué)者Kamimoto，Matsui等人將兩色法應(yīng)用于柴油噴霧燃燒研究[1]。兩色法基于熱輻射理論，通過測量火焰中兩波長的絕對輻射強(qiáng)度，可同時計(jì)算出火焰的溫度(T)和炭煙濃度(KL)。早期研究中[1-3]，研究者大多利用兩組光電二極管測量兩波長的輻射強(qiáng)度,但只能計(jì)算出火焰溫度和炭煙濃度的平均值。隨著圖像技術(shù)的發(fā)展，黑白相機(jī)逐漸應(yīng)用于兩色法裝置[4]。試驗(yàn)時兩臺相機(jī)同步拍攝火焰，通過分析兩張圖片像素點(diǎn)的光強(qiáng)信息，可得到溫度和炭煙濃度的二維分布。本課題采用單臺彩色RGB高速相機(jī)，通過分析各像素點(diǎn)R，B兩通道的光強(qiáng)信息，可有效進(jìn)行兩色法計(jì)算。與傳統(tǒng)兩色法光路系統(tǒng)相比，無需設(shè)置分光系統(tǒng)，大幅度簡化了試驗(yàn)裝置。

炭煙顆粒和氮氧化物(NOx)是發(fā)動機(jī)排放的兩種主要污染物。研究表明[5]，炭煙和NOx的生成與溫度緊密相關(guān)。在傳統(tǒng)高溫燃燒方式中，NOx和炭煙的排放控制存在折中關(guān)系(trade-off)。通常，炭煙顆粒在火焰的燃料富集區(qū)大量生成。在當(dāng)量比接近于1的高溫區(qū)域，炭煙會被快速氧化，但NOx會不可避免地大量生成。低溫燃燒技術(shù)(LTC)具有同時降低炭煙和NOx生成的潛質(zhì)[6]，是當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。為探究低溫燃燒與傳統(tǒng)高溫燃燒的區(qū)別，設(shè)置21%，18%，15%及12%4種氛圍氧體積分?jǐn)?shù)，以研究兩種燃燒方式的特點(diǎn)。

正丁醇是一種可再生的生物質(zhì)燃料，可由植物纖維和糧食通過發(fā)酵大量獲得。正丁醇的理化特性(密度，黏度，十六烷值等)接近柴油，較容易與柴油均勻混合，并保持穩(wěn)定。相關(guān)研究表明[7-8]，在柴油中添加適量的正丁醇可同時減少炭煙和NOx的排放。然而，針對柴油-丁醇混合燃料噴霧火焰溫度和炭煙濃度時空分布的相關(guān)研究較少，特別是其消煙作用的機(jī)理有待進(jìn)一步解明。本研究應(yīng)用兩色法測試柴油-丁醇混合燃料噴霧火焰的溫度與炭煙濃度分布，旨在為解明其消煙作用機(jī)理提供支持。

1 兩色法原理

兩色法的核心理論為普朗克定律，即黑體輻射強(qiáng)度是關(guān)于溫度和波長的函數(shù)，表達(dá)式為

(1)

式中：C1和C2為普朗克常數(shù)。

火焰中熾熱炭煙的輻射強(qiáng)度是單色發(fā)射率ελ和黑體輻射強(qiáng)度的乘積，

Is(λ,T)=ελIb(λ,T)=

(2)

在兩色法計(jì)算中，需要引入亮度溫度的概念：對于某一黑體，在溫度Ta、波長λ下的輻射強(qiáng)度為Ib,λ，若該強(qiáng)度等于波長λ、溫度T的炭煙的輻射強(qiáng)度，則稱溫度Ta是炭煙在波長λ下的亮度溫度。

Is(λ，T)=Ib(λ，Ta)。

(3)

由式(2)、式(3)得

(4)

根據(jù)Hottel & Broughton經(jīng)驗(yàn)公式[9]：

ελ=1-e(-KL/λα)。

(5)

聯(lián)立式(4)、式(5)可得

(6)

對于火焰某點(diǎn)，KL是一個固定值：

(7)

將兩波長對應(yīng)的亮度溫度Ta1和Ta2代入式(7)，可解出真實(shí)溫度T和KL。KL是表征炭煙濃度的物理量，其中K為吸收系數(shù)，近似與炭煙顆粒的數(shù)量密度成正比，L是探測方向上的火焰幾何厚度。

2 試驗(yàn)裝置

基于兩色法的噴霧燃燒試驗(yàn)在可視化定容燃燒彈中進(jìn)行。圖1示出定容燃燒彈噴霧火焰測試系統(tǒng)示意。

圖1 定容燃燒彈噴霧火焰測試系統(tǒng)示意

試驗(yàn)時，預(yù)先在預(yù)混容器中按比例配置乙烯、氧氣和氮?dú)饣旌蠚狻３浞謹(jǐn)嚢韬?，定量混合氣充入定容燃燒彈并利用火花塞點(diǎn)燃，以模擬柴油機(jī)上止點(diǎn)時刻缸內(nèi)高溫高壓環(huán)境。通過改變氣體配比，即可實(shí)現(xiàn)噴霧時刻不同氛圍氧體積分?jǐn)?shù)。定容燃燒彈可視窗口由厚度50 mm的高強(qiáng)度石英玻璃制成，額定承壓為20 MPa。定容燃燒彈內(nèi)攪拌風(fēng)扇在試驗(yàn)時開啟，以保持定容彈內(nèi)溫度均衡。缸內(nèi)壓力可通過動壓傳感器(Kistler 6125C)進(jìn)行測量。多通道數(shù)據(jù)采集儀(HIOKI 8860-50)用來記錄缸內(nèi)動態(tài)壓力數(shù)據(jù)和噴油器驅(qū)動電流信號。

圖2示出噴霧火焰兩色法試驗(yàn)光路。彩色CMOS高速相機(jī)(NAC HX-6)用來記錄噴霧火焰圖像。相機(jī)通過RGB三通道感光并以Bayer矩陣形式儲存圖片信息。

圖2 噴霧火焰兩色法試驗(yàn)光路

相機(jī)的CMOS感光元件的RGB三通道響應(yīng)特性曲線見圖3。本研究進(jìn)行兩色法計(jì)算時，只選擇R和B通道值，因?yàn)檫@兩條通道的感應(yīng)光譜重疊區(qū)域較小，可保證較好的感光獨(dú)立性。由于兩色法計(jì)算是采用兩個固定波長值，較窄的相機(jī)感光范圍有利于提高計(jì)算結(jié)果的精確度。因此，光路中設(shè)置了帶通濾片組，有效減小了光譜響應(yīng)范圍。

圖3 相機(jī)RGB三通道響應(yīng)特性曲線

3 高速相機(jī)的光學(xué)標(biāo)定測試

兩色法計(jì)算是通過獲取兩波長對應(yīng)的亮度溫度實(shí)現(xiàn)的。讀取噴霧火焰圖片，只能直接獲取各像素點(diǎn)的RGB值。因此，對RGB值和亮度溫度的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定就十分必要。

試驗(yàn)采用型號為MIKRON M390的高溫黑體爐，其穩(wěn)定工作溫度可達(dá)3 000 K，標(biāo)定的溫度間隔設(shè)置為50 K。標(biāo)準(zhǔn)黑體爐的黑度大于0.999，因此可近似認(rèn)為高溫黑體爐的亮度溫度等于其真實(shí)溫度。為了保證標(biāo)定準(zhǔn)確度，相機(jī)和鏡頭的參數(shù)設(shè)置等都需要與噴霧火焰試驗(yàn)保持一致。圖4示出在光圈F2.8、曝光時間1.1 μs條件下的標(biāo)定結(jié)果。

圖4 R值、B值與亮度溫度的標(biāo)定結(jié)果

4 不確定度及誤差分析

雖然兩色法應(yīng)用時間較長，但關(guān)于其不確定度及誤差的相關(guān)研究較少。本研究將從兩色法原理、標(biāo)定過程與噴霧火焰過程三個方面對兩色法試驗(yàn)的不確定度及誤差進(jìn)行分析。

4.1 基于兩色法原理的誤差分析

4.1.1 參數(shù)α的選擇

Hottel & Broughton公式闡明了火焰中炭煙放射率ε和炭煙濃度KL的關(guān)系。式中，參數(shù)α是經(jīng)驗(yàn)估計(jì)值，反映了火焰中炭煙的消光程度。在可見光范圍內(nèi)，通常選擇α=1.39或α=1.38。在紅外光范圍內(nèi)，α的選擇與波長有關(guān)。為研究α的選擇對兩色法計(jì)算結(jié)果的影響，進(jìn)行了如下研究：假設(shè)火焰中某點(diǎn)的溫度T=2 500 K，炭煙濃度KL=1.0?？梢姽?0.475 μm，0.615 μm)和紅外光(2.5 μm，4.0 μm)分別應(yīng)用于兩色法計(jì)算。取α=1.38(可見光)和α=0.95(紅外光)，計(jì)算出對應(yīng)的兩波長亮度溫度。然后保持亮度溫度不變并改變α值，計(jì)算對應(yīng)的T和KL。圖5示出了參數(shù)α的改變對兩色法計(jì)算結(jié)果的影響。

由圖可知，在可見光范圍內(nèi)，溫度T和炭煙濃度KL的計(jì)算結(jié)果受參數(shù)α的影響很小，在紅外光范圍內(nèi)，則受參數(shù)α的影響較大。本研究在可見光范圍內(nèi)選取α=1.38進(jìn)行計(jì)算。

圖5 參數(shù)α的改變對兩色法計(jì)算結(jié)果的影響

4.1.2 響應(yīng)光譜寬度的影響

通過使用帶通濾片組合來減小相機(jī)的光譜響應(yīng)范圍。對于B通道，感光范圍縮小至460～500 nm。相應(yīng)地，R通道縮小至600～630 nm。即便如此，響應(yīng)光譜的嚴(yán)格單色性仍不能保證，采用固定波長值進(jìn)行兩色法計(jì)算會產(chǎn)生一定的不確定度。本研究選擇475 nm(B通道)和615 nm(R通道)進(jìn)行兩色法計(jì)算，在此波長下，相機(jī)的R和B通道光譜響應(yīng)率最大。表1示出保持亮度溫度不變時(B通道：2 487.31 K，R通道：2 460.32 K)，利用感光范圍的上下限值進(jìn)行兩色法計(jì)算的結(jié)果。

表1 波長對兩色法計(jì)算結(jié)果的影響

當(dāng)本研究采用475 nm和615 nm進(jìn)行計(jì)算時，響應(yīng)光譜的寬度會使兩色法計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生一定不確定度。由表可知，該因素對炭煙濃度KL造成的不確定度大于溫度T。

4.2 基于相機(jī)標(biāo)定過程的誤差分析

相比鎢帶燈，利用黑體爐進(jìn)行標(biāo)定可以確保精確度更高。然而，拍攝的黑體爐靶面圖像上仍存在很多噪點(diǎn)，具體表現(xiàn)為這些點(diǎn)的RGB值波動較大。為降低噪點(diǎn)的干擾，進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算時，選取靶面上多個像素點(diǎn)，對其RGB值進(jìn)行算術(shù)平均化。表2示出在光圈F2.8，快門1.1 μs條件下R&B值的算術(shù)平均處理結(jié)果。

表2 黑體爐靶面的R&B值算術(shù)平均處理結(jié)果

由表可知，靶面上像素點(diǎn)的R值波動幅度為10～23，B值的波動幅度稍小，為8～15。為消除該因素對標(biāo)定結(jié)果的影響，建議至少取900個像素點(diǎn)進(jìn)行算術(shù)平均計(jì)算。

4.3 基于噴霧火焰試驗(yàn)的不確定度分析

4.3.1 火焰溫度梯度分布的影響

當(dāng)火焰溫度存在梯度分布時，兩色法的測量結(jié)果會偏離算術(shù)平均值。分析兩色法光路可知，像素點(diǎn)的RGB值取決于輻射強(qiáng)度。火焰圖片上單個像素點(diǎn)的亮度值是沿視野方向上各點(diǎn)炭煙輻射強(qiáng)度的近似積分。通常認(rèn)為，距離相機(jī)越近的炭煙，其對兩色法的計(jì)算結(jié)果影響越大。這是因?yàn)榫嚯x相機(jī)較遠(yuǎn)的炭煙發(fā)出的光在傳播過程中，由于受到光路中其他炭煙及燃燒中間產(chǎn)物的吸收和散射作用，輻射能會逐漸減小。

Musculus等人[10]的研究結(jié)果表明，在傳統(tǒng)柴油機(jī)噴霧燃燒過程中，火焰溫度T的差值可達(dá)600 K左右。對應(yīng)的兩色法計(jì)算結(jié)果顯示，溫度T比算術(shù)平均值高約200 K，而炭煙濃度KL低估約50%。產(chǎn)生偏差原因主要有兩個。首先，距離相機(jī)最近的火焰表面對兩色法計(jì)算影響最大。對于噴霧火焰，通常表面溫度比內(nèi)部溫度高很多。其次，根據(jù)斯蒂芬玻爾茲曼定律，黑體單位輻射強(qiáng)度與溫度并非線性關(guān)系，而是與其四次方成正比，導(dǎo)致高溫區(qū)域的炭煙對兩色法計(jì)算造成很大影響。

4.3.2 石英窗口透光性的研究

在噴霧火焰試驗(yàn)中，為了進(jìn)行可視化研究，定容燃燒彈采用石英窗口。然而，利用黑體爐進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定時，相同的石英窗口無法設(shè)置在標(biāo)定光路中。因此，在定容彈內(nèi)部安裝了鎢絲燈，然后利用光高溫計(jì)(Chino IR-AHU)測量鎢絲亮度溫度(λ=650 nm)，通過對比安裝和未安裝石英窗口情況下亮度溫度的測量值，可驗(yàn)證石英玻璃對兩色法計(jì)算的影響程度，具體結(jié)果見表3。

表3 石英窗口對亮度溫度測量的影響

結(jié)果表明，石英窗口的透光性較好。在安裝石英窗口的情況下，亮度溫度(λ=650 nm)的測量值比未安裝僅偏低10～20 K。相比2 000 K以上的火焰溫度，該偏差對溫度的結(jié)果影響較小。

5 噴霧火焰試驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置

在配制柴油-丁醇混合燃料時，采用柴油與正丁醇體積比為4∶1的配制方案(BU20)。表4示出柴油、正丁醇以及BU20燃料的理化性質(zhì)。

表4 柴油、正丁醇和BU20燃料的理化性質(zhì)

為研究噴射時刻環(huán)境氧體積分?jǐn)?shù)對噴霧燃燒的影響，試驗(yàn)中氧體積分?jǐn)?shù)分別設(shè)置為21%，18%，15%和12%。噴射時刻的環(huán)境密度為15 kg/m3，溫度為900 K。試驗(yàn)采用孔徑為0.28 mm的單孔噴油器，噴射壓力為120 MPa，噴射脈寬為2.2 ms。

試驗(yàn)之前需要設(shè)置合適的曝光參數(shù)。通常，理想的設(shè)置是火焰的最亮部位接近飽和，而最暗部位能夠清晰地辨別火焰輪廓。如果火焰過亮，相機(jī)的R通道將感光飽和，即R值保持在255不變,超出了感光的線性范圍。當(dāng)火焰過暗時，圖片產(chǎn)生大量電子噪點(diǎn)，影響兩色法的計(jì)算。同時，在使用Matlab進(jìn)行計(jì)算時，清晰的火焰輪廓有助于準(zhǔn)確判斷火焰面積。測試結(jié)果表明，在21%和18%氛圍氧體積分?jǐn)?shù)下，光圈F2.8和曝光時間1.1 μs適合拍攝；對于15%和12%氛圍氧體積分?jǐn)?shù)，光圈F2.8和曝光時間3 μs的設(shè)置較為理想。

6 試驗(yàn)結(jié)果與討論

6.1 火焰溫度和炭煙濃度二維分布

圖6示出噴霧火焰的溫度二維分布。結(jié)果表明，隨著氧體積分?jǐn)?shù)的降低，兩種燃料的火焰溫度都呈下降趨勢。在氧體積分?jǐn)?shù)為21%時，火焰中溫度大于2 400 K的區(qū)域面積較大，意味著此時可能生成較多的NOx。而當(dāng)氧體積分?jǐn)?shù)降至15%和12%時，火焰中溫度基本小于2 200 K，表明NOx的生成量可能較少。由圖可知，火焰邊緣區(qū)域溫度高于內(nèi)部，這可能是由于邊緣區(qū)域混合氣接近理論比，導(dǎo)致火焰溫度較高。然而，如4.3.1節(jié)所述，兩色法測試結(jié)果本質(zhì)上為光路上的積分，相關(guān)影響需要進(jìn)一步解析。BU20燃料與柴油相比,火焰高溫區(qū)域相對偏小。

圖7示出噴霧火焰的KL二維分布。由圖可知，火焰邊緣區(qū)域的炭煙濃度處于較低水平。分析原因主要有兩點(diǎn)：一是，空氣卷吸作用使該區(qū)域的混合氣較稀薄，減少了炭煙的生成；二是，火焰邊緣的溫度較高，促進(jìn)了炭煙的氧化。相比傳統(tǒng)柴油，特別是在氛圍氧體積分?jǐn)?shù)為12%時，BU20燃料的高濃度炭煙區(qū)域面積明顯偏小，驗(yàn)證了添加丁醇對炭煙生成具有抑制作用。分析原因，BU20燃料的十六烷值小于柴油，使得BU20噴霧火焰的滯燃期較長，促使噴霧與氛圍氣體混合更均勻。另一方面，正丁醇的易揮發(fā)性也促進(jìn)了BU20噴霧液滴的快速蒸發(fā)，使得燃料較易與氛圍氣混合。

圖6 各氛圍氧體積分?jǐn)?shù)下BU20和柴油的噴霧火焰溫度二維分布(噴油開始后1.2 ms)

圖7 各氛圍氧體積分?jǐn)?shù)下BU20和柴油的噴霧火焰KL二維分布(噴油開始后1.2 ms)

6.2 火焰溫度和炭煙濃度的時間分布

研究表明，火焰中NOx的生成量與火焰的高溫面積有關(guān)[5]。把T>2 400 K的區(qū)域定義為火焰高溫區(qū)域，圖8示出18%和21%氛圍氧體積分?jǐn)?shù)下，兩種燃料的火焰高溫面積的統(tǒng)計(jì)。15%和12%氛圍氧體積分?jǐn)?shù)下的火焰幾乎沒有高溫區(qū)域(T>2 400 K)，故在此不進(jìn)行討論。

圖8 火焰高溫區(qū)域(T>2 400 K)統(tǒng)計(jì)

由圖8可知，21%氧體積分?jǐn)?shù)下噴霧火焰的高溫面積遠(yuǎn)大于18%氧體積分?jǐn)?shù)。在相同氧體積分?jǐn)?shù)下，柴油火焰的高溫區(qū)域略大于BU20。另一方面，在所有工況下，火焰高溫面積隨時間有相似的變化趨勢。噴霧燃燒前期，高溫區(qū)域隨火焰的發(fā)展逐漸變大，在燃燒后期逐漸減小至零。在噴射開始后3.0 ms左右，火焰高溫面積達(dá)到最大值。

圖9示出火焰中高炭煙濃度區(qū)占火焰總面積比

圖9 高炭煙濃度區(qū)占火焰總面積比重的統(tǒng)計(jì)

重的統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)對象為炭煙濃度KL>0.2的區(qū)域。在21%氛圍氧體積分?jǐn)?shù)下，兩種燃料高炭煙濃度區(qū)的比重隨時間呈下降趨勢。當(dāng)氛圍氧體積分?jǐn)?shù)降至18%時，該下降趨勢明顯減弱。在15%氛圍氧體積分?jǐn)?shù)下，柴油火焰高炭煙濃度區(qū)的比重隨時間已呈緩慢上升趨勢，表明此時炭煙的整體氧化速度已低于生成速度。氛圍氧體積分?jǐn)?shù)為12%時，在火焰初始階段，高炭煙濃度區(qū)的比重較小。隨著火焰發(fā)展，高炭煙濃度區(qū)的比重迅速增加。這說明氛圍氧體積分?jǐn)?shù)的降低導(dǎo)致炭煙的氧化逐漸減慢，火焰溫度的降低又進(jìn)一步抑制了該作用。此外，當(dāng)氛圍氧體積分?jǐn)?shù)保持一致時，BU20火焰高炭煙濃度區(qū)的比重總低于柴油，這一結(jié)果說明BU20燃料在一定程度上抑制了炭煙生成。

7 結(jié)論

a) 利用彩色高速相機(jī)進(jìn)行兩色法的標(biāo)定與測試過程中，參數(shù)α的選擇、響應(yīng)光譜的寬度、火焰溫度和炭煙濃度梯度分布等因素都會對結(jié)果造成一定的誤差，KL測試結(jié)果的相對誤差要比溫度的大；

b) 與柴油相比，柴油-丁醇混合燃料在噴霧燃燒時具有較低的火焰溫度和炭煙濃度水平，一定程度上達(dá)到了同時對炭煙顆粒和NOx排放抑制的效果；

c) 在噴霧火焰的不同發(fā)展階段，BU20燃料與柴油相比，其高溫火焰面積(T>2 400 K)始終偏小，這一結(jié)果表明BU20噴霧火焰的NOx生成量可能偏少；

d) 隨著氛圍氧體積分?jǐn)?shù)的減小，柴油與柴油丁醇混合燃料噴霧火焰的溫度明顯降低，炭煙的氧化速度明顯放緩。

[1] Matsui Y,Kamimoto T,Matsuoka S.A Study on the Time and Space Resolved Measurement of Flame Temperature and Soot Concentration in a D.I.Diesel Engine By the Two-Color Method[C].SAE Paper 790491,1979.

[2] Yan J,Borman G L.Analysis and in-cylinder measurement of particulate radiant emissions and temperature in a direct-injection diesel engine[C].SAE Paper 881315,1988.

[3] Gomes P,Yates D.Analysis of the Influence of In-jection Timing on Diesel Combustion by the Two-Color Method[C].SAE Paper 982890,1998.

[4] Ito T,Kitamura T,Ueda M,et al.Effects of Flame Lift-Off and Flame Temperature on Soot Formation in Oxygenated Fuel Sprays[C].SAE Paper 2003-01-0073.

[5] Li T,Ogawa H.Analysis of the Trade-off between Soot and Nitrogen Oxides in Diesel-Like Combustion by Chemical Kinetic Calculation[C].SAE Paper 2011-01-1847.

[6] Ogawa H,Li T N，Miyamoto.Characteristics of low temperature and low oxygen diesel combustion with ultra-high exhaust gas recirculation[J].International Journal of Engine Research,2007,8(4):365-378.

[7] Zheng M,Li T,Han X.Direct injection of neat n-butanol for enabling clean low temperature combustion in a modern diesel engine[J].Fuel,2015,142:28-37.

[8] Rakopoulos D C,Rakopoulos C D,Hountalas D T,et al.Investigation of the performance and emissions of bus engine operating on butanol/diesel fuel blends[J].Fuel,2010,89(10):2781-2790.

[9] Hottel H C,Broughton F P.Determination of True Temperature and Total Radiation from Luminous Gas Flames[J].Industrial & Engineering Chemistry,1932,4(2):166-175.

[10] Musculus M P,Singh S,Reitz R D.Gradient effects on two color soot optical pyrometry in a heavy-duty DI diesel engine[J].Combustion & Flame,2008,153(1/2):216-227.

[編輯： 潘麗麗]

Spray Flame Testing of Diesel-butanol Blended Fuel with Two-color Method

SHI Qi, LI Tie, ZHANG Xiaoqing, WANG Bin, HE Pengfei

(State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

Based on the principle of two-color method, the time-resolved 2-D distribution of flame temperature and soot density(KL) were measured by using a color high speed RGB camera, which provides the necessary reference for the design of advanced combustion system of diesel engine. The use of two independent photosensitive channels from one camera simplified the configuration of two-color device. The uncertainty and error of two-color method was analyzed and discussed and the spatial and time resolved distributions of flame temperature and soot density (KL) for diesel-butanol blends were further studied under different ambient oxygen concentrations.

two-color method; diesel; butanol; blended fuel; flame temperature; soot

2016-09-01；

2016-12-08

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51276115/E060702)；科技部國際合作專項(xiàng)(2014DFG61320)

石奇(1992—)，男，碩士，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動機(jī)噴霧燃燒及清潔排放；shiqi_sjtu@163.com。

10.3969/j.issn.1001-2222.2016.06.016

TK421.2

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1001-2222(2016)06-0083-07