天然气是一种清洁高效的替代燃料,几乎不含硫、粉尘等有害物质,储量丰富,受到了国际社会的广泛关注。由于天然气的辛烷值较高,不易被压燃,所以船舶上通常使用以柴油为点火源,天然气-柴油混合燃烧的双燃料发动机。本文选取甲烷-正庚烷作为天然气-柴油混合燃料的模型燃料,采用加热型激波管试验平台对其在中高温条件下的着火特性进行了研究,并通过筛选的化学动力学机理对其进行了模拟研究与动力学分析。同时,本文进一步验证了该机理在低温下的准确性,采用该机理初步探究了甲烷-正庚烷混合燃料中低温条件下的二阶段着火特性,开展了相应的化学动力学分析。本文的主要结论如下:(1)在中高温条件下,甲烷-正庚烷混合燃料的着火延迟时间随温度升高而减少,随当量比的增加而增加,随压力的升高而减少,随正庚烷掺混比例的增加非线性减少,正庚烷掺混比例越小,其变化对混合燃料着火延迟时间的影响越大。在中高温条件下,正庚烷在反应的一开始就被消耗殆尽,而甲烷则在着火之前才被迅速消耗掉。当正庚烷的掺混比例较高时,部分甲烷会在正庚烷的消耗过程中被生成。(2)在中低温条件下,甲烷-正庚烷混合燃料的第一阶段着火现象会在低于750K时出现,并表现出一定的负温度系数现象,第二阶段着火延迟时间则在600~800K内表现出明显的负温度系数现象。与中高温下的结论相似,正庚烷掺混比例对两个阶段着火延迟时间的影响都是非线性的,掺混比例越低则影响越大。甲烷和正庚烷的低温加氧反应是其第一阶段着火过程中最为重要的反应,且正庚烷的低温氧化过程中会生成大量的羟基和超氧化氢基。在第一阶段着火过程中,极小部分的甲烷参与了反应,而大部分正庚烷都在该过程中发生了不完全氧化,并在第二阶段着火中反应完全。