为应对日益严苛的排放法规,使用具有可持续性的替代燃料被认为是减少NOx、温室气体和PM排放的有效方法,其中天然气以其高效燃烧,清洁环保,价格低廉等优点受到广泛的关注。柴油引燃预混合天然气发动机中存在未燃碳氢,热效率与NOx、碳烟排放之间的权衡关系,而缸内燃料的着火过程对后续燃烧排放有很大影响,因此深入理解柴油引燃预混合天然气燃烧模式的着火机制,对于可靠地控制双燃料发动机至关重要。本文采用数值模拟方法,以正十二烷和甲烷分别作为柴油和天然气的替代物,基于CFD软件CONVERGE和Cantera化学动力学分析平台研究了柴油引燃预混合天然气的着火过程。其中,一方面对比研究了空气和甲烷-空气混合物中正十二烷的喷雾着火机制并深入分析其化学动力学过程;另一方面研究了环境温度、预混甲烷浓度和燃油喷油量对甲烷-空气混合物中正十二烷着火特性及其化学动力学过程的影响。研究结果表明,正十二烷的喷雾着火过程中,首先在喷雾径向边缘和喷雾前端头部边缘较稀薄的区域发生低温反应,此时正十二烷通过脱氢加氧等反应生成过氧化酮,过氧化酮分解成小分子烷烃和烯烃,并最终生成甲醛;燃料稀薄区域的甲醛和热量会向着燃料富集区域传递并促进燃料富集区域的低温反应;当累积足够的低温反应产物和热量时发生高温反应,十二烷基直接热分解成烷烃和烯烃且释放大量的热。此时喷雾上游以稳定的低温反应为主,喷雾下游以稳定的高温反应为主,并逐渐接近准稳态。环境温度越高,喷雾边缘稀薄区域低温反应得到促进作用,同时正十二烷与羟基的反应路径占比略微降低。较高的环境温度也一定程度上促进了十二烷基的热分解,使一阶段着火时刻十二烷基加氧反应的路径占比降低。环境气体中甲烷的存在对正十二烷的低温反应有较大影响。甲烷的脱氢反应会与正十二烷脱氢反应争夺羟基,从而抑制其低温反应路径。随着环境温度的升高,甲烷对正十二烷低温反应的抑制作用减弱。随着预混甲烷浓度的提高,甲烷对正十二烷低温反应的抑制作用越强,其反应产物使正十二烷边缘稀薄区域到其燃料富集区域的甲醛浓度梯度降低,使正十二烷低温反应的产物和热量向燃料富集区域的扩散受到阻碍,且甲烷浓度越高,在发生高温反应时,喷雾前端边缘的H2O2分解及高温反应更倾向于出现在喷雾前端的内部。随着喷油时长的减少,一阶段着火延迟时间随之减小,而二阶段着火延迟时间在喷油时长减少到临界点后急剧上升并随喷油时长的减少而增大。甲烷对正十二烷低温反应的抑制作用随喷油时长的减少而增强,然而燃油稀薄程度会影响其低温反应,两者博弈之下表现为一阶段着火延迟时间随燃油喷射时长的减小而降低。此外,低温放热和燃油浓度存在一个临界点,当满足足够的热量累积和燃油浓度的条件下才足以发生高温反应。