不同海拔條件下柴油燃燒火焰溫度和碳煙特性研究

何旭，徐雨軒，許鍇，劉澤昌，向祺，張朝，魏巍,3

（1. 北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081；2. 北京電動汽車協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100081；3. 華北水利水電大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，河南，鄭州 450045）

隨著“西部大開發(fā)”、“一帶一路”等目標(biāo)下國家發(fā)展布局的全面推動，對高海拔地區(qū)柴油機(jī)動力性和清潔燃燒提出了更高的要求. 柴油機(jī)壓燃點(diǎn)火的工作方式會使燃燒過程易受環(huán)境溫度、環(huán)境壓力等參數(shù)變化影響，并且在柴油機(jī)冷起動時燃燒室內(nèi)的壓縮終了溫度、壓力低，導(dǎo)致柴油機(jī)在高原等低溫低壓環(huán)境中容易出現(xiàn)冷起動過程缸內(nèi)燃燒惡化和顆粒物排放增加等問題，因此柴油機(jī)高海拔冷起動過程的排放問題受到了廣泛關(guān)注.

為了研究海拔條件對柴油機(jī)冷起動過程排放的影響，YAN 等[1]測試了不同海拔高度下的柴油機(jī)整機(jī)排放特性，發(fā)現(xiàn)隨著海拔升高顆粒物排放增加，在進(jìn)氣壓力低于0.08 MPa 后排放量顯著增加. 柴油機(jī)尾氣中的顆粒物主要成分為缸內(nèi)燃燒過程中未被氧化的碳煙[2-3]，僅依靠整機(jī)測試無法對海拔變化時的碳煙形成機(jī)理進(jìn)行深入研究，因此不少學(xué)者在定容燃燒彈中模擬柴油機(jī)缸內(nèi)熱力學(xué)狀態(tài)，并采用光學(xué)測試方法對燃燒過程中的碳煙生成特性進(jìn)行機(jī)理研究. PICKETT 等[4]利用激光消光法研究了環(huán)境溫度、環(huán)境密度對碳煙生成特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)燃燒過程中火焰內(nèi)的碳煙體積分?jǐn)?shù)峰值隨環(huán)境溫度、密度降低而減小，在環(huán)境溫度為850 K 或環(huán)境密度為7.3 kg/m3時均未發(fā)現(xiàn)碳煙生成.

整機(jī)測試結(jié)果與定容燃燒彈內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果相矛盾，一部分學(xué)者認(rèn)為這與柴油機(jī)和定容彈的結(jié)構(gòu)差異有關(guān). 柴油機(jī)缸內(nèi)容積遠(yuǎn)小于定容彈燃燒室，高海拔下易發(fā)生附壁燃燒等情況，黃勝等[5]發(fā)現(xiàn)高海拔工況下發(fā)生附壁燃燒時，壁面附近出現(xiàn)了不易氧化的低溫碳煙層，隨海拔升高碳煙層厚度增加. 由于最終的碳煙排放是燃燒過程中的碳煙生成過程和氧化過程相互競爭的結(jié)果，因此一部分學(xué)者推測高海拔下碳煙氧化能力降低導(dǎo)致未氧化的碳煙數(shù)量增加，進(jìn)而增加了碳煙排放，顏方沁等[6]發(fā)現(xiàn)燃燒后期高環(huán)境壓力下碳煙氧化反應(yīng)占主導(dǎo)，而低環(huán)境壓力下碳煙凝聚反應(yīng)和表面生長反應(yīng)占主導(dǎo). 然而至今尚未有明確的結(jié)論能夠解釋這一現(xiàn)象，并且非所有海拔條件下都會出現(xiàn)附壁燃燒的現(xiàn)象，因此海拔條件變化對碳煙生成和氧化過程的影響具有重要的研究意義.

在對碳煙的生成和氧化過程的研究中始終圍繞著當(dāng)量比和溫度兩個重要因素展開，但由于柴油在燃燒室內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，局部當(dāng)量比的測定較為困難. PICKETT 等利用火焰浮起長度大致估算柴油混合氣的當(dāng)量比，發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境溫度和壓力降低，混合氣當(dāng)量比降低，導(dǎo)致碳煙生成量減少. 溫度直接影響了柴油火焰中所有化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，對碳煙的生成和氧化過程都產(chǎn)生了直接影響，尤其是局部溫度對于局部碳煙特性更是有著重要的影響. 雙色法能夠利用碳煙輻射光強(qiáng)度反推出火焰中溫度和碳煙濃度分布，被廣泛用于碳煙特性的研究中，雙色法的測試精度也已經(jīng)被多次證實(shí)[7]. ZHU 等[8]利用雙色法發(fā)現(xiàn)環(huán)境密度由30 kg/m3降低至11 kg/m3后柴油混合氣滯燃期和火焰浮起長度增大，燃燒過程中預(yù)混燃燒區(qū)域增加且碳煙生成量減少. YANG 等[9]利用雙色法研究了碳煙濃度與火焰溫度的關(guān)系，以及火焰溫度對碳煙生成和氧化過程的影響.

冷起動過程中柴油燃燒對環(huán)境溫度和壓力的變化均十分敏感，而海拔升高時環(huán)境溫度與環(huán)境壓力同時降低，因此研究海拔條件變化對柴油機(jī)冷起動過程火焰溫度和碳煙特性影響時，需要考慮環(huán)境溫度和壓力的耦合作用，同時海拔條件變化對柴油燃燒時碳煙特性與火焰溫度關(guān)系的影響也鮮有報道.文中使用雙色法在定容燃燒彈中研究了不同海拔條件對柴油火焰溫度和碳煙特性的影響，并討論了海拔變化對碳煙生成和氧化過程的影響，主要對以下幾個問題進(jìn)行研究：①不同海拔條件下環(huán)境溫度、壓力同時變化對火焰溫度和碳煙生成特性的耦合作用；②不同海拔條件對燃燒過程中碳煙濃度和火焰溫度關(guān)系的影響；③不同海拔條件對柴油燃燒中后期碳煙氧化特性的影響. 研究結(jié)果旨在為工作于高海拔環(huán)境下的柴油機(jī)冷起動過程碳煙排放優(yōu)化提供參考.

1 試驗(yàn)系統(tǒng)及方法

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

柴油機(jī)上止點(diǎn)的缸內(nèi)熱力學(xué)狀態(tài)通過定容燃燒彈試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，容彈4 個方向分別布置了4個有效觀察直徑100 mm 的石英玻璃視窗用于光學(xué)測試. 整個試驗(yàn)系統(tǒng)分為供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分，如圖1 所示.

圖1 定容燃燒彈系統(tǒng)示意圖Fig. 1 Schematic of constant volume combustion chamber (CVCC)

供油系統(tǒng)由高壓油泵和博世高壓油軌、噴油器組成，最高噴油壓力可達(dá)到180 MPa.冷卻系統(tǒng)使用大功率冷卻裝置、循環(huán)水路對容彈視窗部分進(jìn)行冷卻，采用適配器確保噴油器處的冷卻水溫度恒定. 定容燃燒彈內(nèi)部通過PID 功率控制器和加熱絲實(shí)現(xiàn)溫度控制，控制精度±2 K，最大加熱功率12 kW，容彈內(nèi)部最高溫度可達(dá) 1000 K；利用氣瓶和電磁閥實(shí)現(xiàn)進(jìn)排氣和壓力控制，控制精度±0.05 MPa，設(shè)計(jì)允許的最大氣體壓力為6 MPa，進(jìn)排氣口位于容彈下端蓋處.在控制系統(tǒng)中，使用軟件與控制單元控制噴油器，控制單元的信號在噴油時刻同步激活相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集. 為了獲得較好的火焰圖像質(zhì)量，柴油燃燒過程圖像使用PhantomV7.3 高速相機(jī)采集，選用了105 mm微距鏡頭，設(shè)置光圈為f/22、曝光時間20 μs，拍攝速度為 20000 幀/s，分辨率為256×512 像素.

1.2 試驗(yàn)方案

柴油機(jī)冷起動過程中，增壓器不起作用且冷卻水溫度較低，進(jìn)氣溫度、壓力與外部環(huán)境一致. 為了探究柴油機(jī)在不同海拔條件下的冷起動過程火焰溫度和碳煙特性，選取了柴油機(jī)進(jìn)氣溫度283/293 K、進(jìn)氣壓力0.08/0.09/0.1 MPa，利用不同進(jìn)氣溫度與進(jìn)氣壓力的組合以模擬平原（進(jìn)氣溫度293 K、進(jìn)氣壓力0.1 MPa）至海拔高度2000 m 處（進(jìn)氣溫度283 K、進(jìn)氣壓力0.08 MPa）的環(huán)境條件變化. 在柴油機(jī)冷起動的前提下，以一臺壓縮比14、比熱比1.4 的柴油機(jī)為基礎(chǔ)，經(jīng)過絕熱壓縮計(jì)算并考慮缸內(nèi)漏氣后，燃燒室內(nèi)環(huán)境溫度為815/840 K、環(huán)境壓力為2.7/3.1/3.4 MPa.由于在對應(yīng)高海拔環(huán)境的定容彈試驗(yàn)中未拍攝到柴油火焰，因此文中以海拔2000 m 作為邊界條件進(jìn)行討論.

試驗(yàn)工況的相關(guān)參數(shù)如表1 所示.試驗(yàn)中采用了-50 號柴油，冷卻水溫度通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)控制在293 K 左右，經(jīng)適配器進(jìn)行溫度控制后穩(wěn)定至293 K±0.3 K，與冷起動工況對應(yīng). 為了減小試驗(yàn)過程中隨機(jī)誤差的影響，每個工況重復(fù)試驗(yàn)5 次，并對后處理得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均.

表1 試驗(yàn)工況Tab. 1 Test conditions

1.3 雙色法原理

柴油燃燒過程中的亮光主要來自于碳煙粒子的輻射光，取兩個特定波長的輻射強(qiáng)度，建立方程即可計(jì)算得到碳煙溫度T和用以表征碳煙濃度的KL因子，其中K為吸收系數(shù)，L為探測方向上火焰的幾何厚度. 計(jì)算所用的公式為

式中： λ為輻射光波長；第二普朗克常數(shù)C2=14 388 μm·K；Ta1、Ta2為與輻射強(qiáng)度E0(λ,Ta)對應(yīng)的亮度溫度；系數(shù)α在特定波長區(qū)間上是常數(shù)，對可見光區(qū)間而言取1.38.在柴油火焰中，當(dāng)碳煙粒子與周圍物質(zhì)達(dá)到熱平衡時，兩者之間的溫差極小可以忽略（ΔT≤1 K），且達(dá)到熱平衡的時間極短（Δt≤10-5s），可以認(rèn)為此時碳煙溫度即為火焰溫度. 以往的雙色法研究中采用多臺相機(jī)配合窄帶濾光片的方式拍攝火焰圖像，文中為了簡化試驗(yàn)光路，采用單臺彩色CMOS 相機(jī)進(jìn)行雙色法試驗(yàn)，單臺彩色相機(jī)的測試精度已經(jīng)被多次驗(yàn)證. 雙色法的詳細(xì)原理和彩色相機(jī)的黑體爐標(biāo)定過程可以參考何旭等[10]的研究.

2 結(jié)果與討論

2.1 海拔條件變化對柴油著火滯燃期的影響

為了更直觀地研究海拔條件對柴油著火滯燃期的影響，從表1 的試驗(yàn)工況中選取了環(huán)境溫度815和840 K、環(huán)境壓力2.7 和3.4 MPa 共4 組工況進(jìn)行對比，如表2 所示.

表2 工況表Tab. 2 Condition table

在火焰隨時間變化的過程中，4 個工況下的火焰出現(xiàn)于不同時刻，即環(huán)境變化影響了柴油的著火過程. 為了研究環(huán)境條件變化對柴油滯燃期（ignition delay，ID）的影響，將滯燃期定義為噴油開始時刻至拍攝到第一張高溫火焰圖像的時間，對比了不同工況下的滯燃期變化，如圖2 所示. 圖2 中隨著環(huán)境壓力減小，滯燃期逐漸增大，其中環(huán)境溫度為840 K 時，工況a、c 的滯燃期分別為2.0 ms 和2.56 ms；環(huán)境溫度為815 K 時，工況b、d 的滯燃期分別增大至2.37 ms和3.13 ms.由此可見在同一環(huán)境壓力下，環(huán)境溫度降低后，同樣會導(dǎo)致滯燃期增大. 在相關(guān)研究中已經(jīng)證實(shí)，環(huán)境壓力或環(huán)境溫度降低都會導(dǎo)致柴油著火前的化學(xué)準(zhǔn)備時間增加[11-12]，進(jìn)而增大了滯燃期. 工況d 的滯燃期相較于工況a 增大了56.5%，增幅較為顯著. 這表明冷起動階段柴油的著火過程也對環(huán)境變化十分敏感，海拔變化時環(huán)境溫度的變化不容忽視.海拔升高后環(huán)境溫度和環(huán)境壓力同時降低會產(chǎn)生耦合作用，使柴油著火前的化學(xué)準(zhǔn)備時間進(jìn)一步增加，導(dǎo)致滯燃期顯著增大.

圖2 不同工況下的滯燃期Fig. 2 Ignition delay under different conditions

2.2 海拔條件變化對柴油火焰溫度和碳煙生成特性的影響

火焰溫度能夠較好地反映出混合氣燃燒過程中熱量釋放和累積的情況，為了獲得各點(diǎn)的火焰溫度，采用雙色法進(jìn)行了計(jì)算，并對火焰圖像中各點(diǎn)溫度值做算術(shù)平均，得到火焰平均溫度Tavg變化，如圖3所示. 與此同時，統(tǒng)計(jì)了處于不同溫度區(qū)間內(nèi)的火焰圖像像素點(diǎn)個數(shù)，n，用以表征不同溫度區(qū)間所對應(yīng)的火焰面積，如圖4 所示.

圖3 不同工況下的平均火焰溫度Fig. 3 Average flame temperature under different conditions

圖4 不同工況下的火焰溫度區(qū)間分布圖Fig. 4 Flame temperature distribution under different conditions

隨著燃燒過程進(jìn)行，不同工況下的火焰平均溫度和火焰面積不斷增大，在達(dá)到峰值后逐漸下降. 在燃燒過程中，工況a 的平均火焰溫度最高，峰值達(dá)到了2 083 K，高溫區(qū)域（溫度＞2 100 K）面積持續(xù)增大后減小，最大時占總火焰面積的41.5%. 相比于工況a，工況b、c 的平均火焰溫度降低，高溫區(qū)域占比縮小. 這表明隨著環(huán)境溫度或壓力降低，混合氣燃燒劇烈程度減弱，燃燒過程放熱量減少導(dǎo)致火焰溫度降低. 相較于工況a，工況d 中平均火焰溫度大幅度減小，峰值降低至1 804 K，在整個燃燒過程中未出現(xiàn)高溫區(qū)域. 這是由于海拔升高時，環(huán)境溫度和環(huán)境壓力同時降低，從不同角度同時影響了化學(xué)反應(yīng)速率，產(chǎn)生的耦合作用使高溫反應(yīng)速率進(jìn)一步減小，燃燒放熱量不足；同時混合氣當(dāng)量比隨著預(yù)混時間增加而降低，混合氣比熱容增大，導(dǎo)致平均火焰溫度降低. 噴霧與空氣充分混合后，混合氣預(yù)混燃燒比例上升，擴(kuò)散燃燒過程減弱，導(dǎo)致燃燒持續(xù)期縮短，燃燒過程中熱量釋放更均勻，火焰中不易出現(xiàn)局部高溫區(qū)域.

為了研究不同海拔條件對碳煙生成特性的影響，計(jì)算了圖像中各點(diǎn)用以表征碳煙濃度的KL因子大小，對火焰圖像中各點(diǎn)KL因子進(jìn)行累計(jì)得到KL因子總量KLtot變化圖，如圖5 所示；同時對火焰區(qū)域中處于不同KL因子大小區(qū)間的像素點(diǎn)個數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，用以表征不同濃度的碳煙面積，如圖6 所示.

圖5 不同工況下的KL 因子總量Fig. 5 Integrated KL factor under different conditions

圖6 不同工況下的KL 因子區(qū)間分布Fig. 6 KL factor distribution under different conditions

隨著燃燒過程進(jìn)行，不同工況下的KL因子總量不斷增大，在達(dá)到峰值后逐漸下降，表明碳煙在燃燒前中期大量生成，在燃燒中后期被氧化而不斷減少.對于工況a，KL因子總量在ASOI 3.25 ms 時刻達(dá)到了峰值，KL＞0.9 區(qū)域最大時占總碳煙面積的44.4%.相比于工況a，工況b 和工況c 中KL因子總量峰值降低，燃燒過程中KL＞0.9 區(qū)域所占比例減小. 由此可見，環(huán)境壓力或溫度降低后，噴霧與空氣混合時間增加，混合氣整體當(dāng)量比降低，導(dǎo)致碳煙生成總量減少，局部碳煙濃度較高的區(qū)域面積減少. 相對于工況a，工況d 中KL總量峰值降幅顯著，KL＞0.9 區(qū)域最大占比為33.7%. 隨著海拔升高，環(huán)境溫度和壓力變化產(chǎn)生的耦合作用進(jìn)一步延長了滯燃期，高溫火焰出現(xiàn)時噴油持續(xù)期已經(jīng)結(jié)束，缺少了液相燃油注入后混合氣當(dāng)量比不斷降低. 同時工況d 中燃燒劇烈程度減弱，混合氣燃燒更加充分，低溫低當(dāng)量比的環(huán)境不利于碳煙生成，因此工況d 的KL因子總量相較于工況a 降幅明顯.

綜上，柴油機(jī)冷起動階段的燃燒過程對環(huán)境變化十分敏感. 在海拔條件變化耦合了環(huán)境壓力和溫度變化后，海拔條件對柴油火焰溫度和碳煙特性的影響更加顯著. 海拔條件變化時，環(huán)境溫度和壓力的變化耦合作用于化學(xué)反應(yīng)速率，隨著海拔上升混合氣化學(xué)準(zhǔn)備時間延長、高溫反應(yīng)速率降低，導(dǎo)致混合氣滯燃期延長、燃燒劇烈程度減弱，平均火焰溫度降低；柴油噴霧與空氣混合時間增加，混合氣當(dāng)量比不斷降低，混合氣燃燒更充分，導(dǎo)致燃燒過程中生成的碳煙總量減少.

2.3 海拔條件變化對碳煙濃度與火焰溫度關(guān)系的影響

燃燒過程中碳煙的生成與氧化過程同時作用且相互競爭[13-14]，火焰溫度對這兩個過程有著重要的影響. YANG 等利用KL因子和火焰溫度之間的時空對應(yīng)關(guān)系探究火焰溫度對碳煙生成和氧化的影響，XUAN 等[15]研究了碳煙體積分?jǐn)?shù)與火焰溫度之間的關(guān)系.

為了研究海拔條件變化對KL因子總量和平均火焰溫度關(guān)系的影響，對比了工況a、d 下KL因子總量與平均火焰溫度，如圖7 所示. 在工況a 和d 的燃燒過程中，KL因子總量和平均火焰溫度的變化均呈現(xiàn)出三階段特征. 階段Ⅰ為碳煙生成主導(dǎo)階段，KL因子總量和平均火焰溫度同時快速增大，在噴油持續(xù)期結(jié)束后KL因子總量達(dá)到峰值. 工況a 燃燒劇烈程度較高，平均火焰溫度增大后加速了碳煙生成，而工況d 中平均火焰溫度較低，對碳煙生成過程的影響有限. 進(jìn)入階段Ⅱ后碳煙氧化過程在與生成過程的競爭中占主導(dǎo)作用，大量碳煙被氧化并釋放熱量，導(dǎo)致KL因子總量減小而平均火焰溫度繼續(xù)增大. 由于工況d 燃燒起始時刻滯后、燃燒重心后移，導(dǎo)致工況d 進(jìn)入階段Ⅱ的時刻晚于工況a，即海拔升高后，柴油燃燒過程碳煙氧化過程起主導(dǎo)作用的時刻延遲.階段Ⅲ中KL因子總量和平均火焰溫度同時降低，在這一階段中燃燒過程進(jìn)入后期，碳煙繼續(xù)被氧化，但釋放的熱量不足，導(dǎo)致平均火焰溫度下降. 在整個燃燒持續(xù)期中，階段Ⅱ、Ⅲ均為碳煙氧化主導(dǎo)階段，階段Ⅰ中生成的大部分碳煙在這兩個階段中被氧化.工況a 中由于平均火焰溫度較高，KL因子總量呈指數(shù)變化快速減小，隨后平均火焰溫度降低，KL因子總量變化速率減緩；工況d 中階段Ⅱ、Ⅲ平均火焰溫度較低，KL因子總量變化緩慢.KL因子總量的變化速率代表了碳煙的生成和氧化速率，這表明較高的平均火焰溫度既加速了碳煙生成過程，也增大了碳煙氧化速率，而隨著海拔升高，平均火焰溫度降低后對碳煙生成過程影響減小，但也減弱了碳煙氧化過程. 另外，對于實(shí)際柴油機(jī)冷起動過程，碳煙氧化速率在活塞下行時隨著缸內(nèi)溫度和壓力快速下降而降低. 隨著海拔升高，碳煙氧化主導(dǎo)時刻延遲，可能會導(dǎo)致燃燒后期碳煙氧化過程起主導(dǎo)作用時氧化速率較低，碳煙氧化不充分，導(dǎo)致更多未氧化的碳煙顆粒.

圖7 不同工況下KL 因子總量與平均火焰溫度關(guān)系Fig. 7 The relationship of integrated KL factor and average flame temperature under different conditions

在燃燒過程中，局部碳煙濃度由局部火焰溫度和局部當(dāng)量比決定. 為了研究海拔條件變化對局部碳煙濃度（KL因子）和局部火焰溫度關(guān)系的影響，統(tǒng)計(jì)了不同工況下ASOI 3.5 ms 時刻的KL因子與火焰溫度空間對應(yīng)關(guān)系，如圖8 所示. 圖中采用灰度值大小來表征某一區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)個數(shù)的數(shù)量，像素點(diǎn)越多則該區(qū)域的灰度值越大. 從圖6 中可以看出，ASOI 3.5 ms 時刻不同工況的碳煙生成都趨于穩(wěn)定，此時的KL因子和火焰溫度關(guān)系能夠較好地反映出局部火焰溫度對碳煙生成過程的影響. 在圖8 中，工況a中局部火焰溫度越高，局部KL因子越大，即局部火焰溫度對碳煙濃度有較大的影響. 這是由于工況a中柴油火焰燃燒劇烈程度較高，“邊混合邊燃燒”的擴(kuò)散燃燒模式燃燒速率較大，釋放、累積了大量熱量，局部火焰溫度迅速上升，加快了高溫反應(yīng)的進(jìn)行和混合氣內(nèi)部氧氣的消耗，增大了碳煙生成速率. 工況d 中同一溫度區(qū)間（1 750～1850 K）中廣泛分布了不同大小的KL因子，這說明工況d 中不同碳煙濃度區(qū)域的局部火焰溫度較為接近，即局部火焰溫度對不同碳煙濃度區(qū)域的產(chǎn)生影響較小. 由于碳煙濃度由局部火焰溫度和當(dāng)量比決定，可以推斷工況d 中出現(xiàn)高碳煙濃度區(qū)域是由于混合氣局部當(dāng)量比較高導(dǎo)致的. 這表明海拔升高后，雖然柴油噴霧與空氣經(jīng)過了長時間混合后混合氣整體當(dāng)量比降低，但由于混合氣濃度不均勻，仍存在當(dāng)量比較高的區(qū)域，在燃燒過程中導(dǎo)致局部碳煙濃度較高. 這也解釋了上一節(jié)中，海拔升高后柴油火焰內(nèi)高溫區(qū)域消失，但高KL因子區(qū)域的占比變化較小的現(xiàn)象. 由此可見，海拔升高后柴油混合氣燃燒劇烈程度減弱，火焰中局部火焰溫度差異較小，對局部碳煙濃度的影響減小，局部碳煙濃度更容易受到局部當(dāng)量比的影響.

圖8 不同工況下的KL 因子與火焰溫度空間對應(yīng)關(guān)系Fig. 8 KL factor versus flame temperature of each pixel under different conditions

3 結(jié) 論

隨著海拔由0 m 增加至2000 m，環(huán)境溫度、壓力同時降低產(chǎn)生了耦合作用，導(dǎo)致柴油滯燃期由2.0 ms增大至3.13 ms，火焰面積顯著減小. 隨著海拔升高，柴油燃燒過程中燃燒劇烈程度減弱，平均火焰溫度降低，局部高溫區(qū)域（溫度＞2 100 K）消失. 柴油噴霧與空氣混合時間增加，混合氣燃燒更充分，導(dǎo)致燃燒過程中的碳煙生成總量減少. 隨著海拔升高，柴油燃燒過程中平均火焰溫度降低，導(dǎo)致碳煙生成和氧化速率降低，局部火焰溫度對局部碳煙濃度的影響減小.