面对能源环境问题和越来越严格的排放法规,内燃机替代燃料的研究逐渐受到重视,天然气被视为一种清洁廉价并且储量丰富的能源,它作为内燃机代用燃料有非常好的前景。柴油引燃缸内直喷天然气发动机采用双燃料缸内直喷的燃料供给方式,在经济性、动力性和排放方面都有较好的表现。在柴油引燃缸内直喷天然气发动机中,天然气被先导柴油引燃然后在缸内扩散燃烧,双燃料的喷射混合过程比较复杂,对发动机的燃烧和排放有重要影响,有待进一步研究。本文设计了一种PIV-纹影联用双燃料喷雾实验系统,包括定容弹、双燃料喷射系统、纹影系统、PIV系统和控制系统,双燃料喷射系统在定容弹内实现了双燃料直喷,此实验系统实现了对双燃料喷射混合过程的可视化研究。本文首先利用PIV技术和纹影法测试了天然气射流,获得了定容弹内环境气体的速度场和天然气射流图像,分析了天然气射流与环境气体的相互作用。然后基于纹影法进一步研究了双燃料喷雾的喷射混合特性,讨论了天然气喷射压力和天然气柴油喷射间隔对双燃料喷雾的影响。研究表明:(1)在单燃料工况下,随着天然气喷射压力提高,天然气射流贯穿距增大,射流锥角减小。天然气射流头部冲击周围的空气,湍流强度较大;天然气射流侧面中部涡量较大,有较强的卷吸作用;天然气射流底部流速较快,产生低压区,将周围空气吸入。(2)双燃料工况下,天然气射流在穿过柴油喷雾时受到柴油喷雾的扰动,而且天然气射流会携带部分速度较慢的柴油喷雾继续向前发展,这导致天然气射流整体的运动速度减小,卷吸作用减弱,造成天然气射流贯穿距下降,锥角减小。(3)随着喷射间隔增大,柴油喷雾与天然气射流的相互作用减弱,当喷射间隔大于1ms时,柴油喷雾对天然气射流贯穿距和锥角的影响很小。借助模拟计算的手段,本文使用CONVERGE软件对定容弹内的双燃料喷雾开展进一步的研究。通过对双燃料喷雾浓度场、速度场等参数的讨论,深入分析双燃料喷射混合特性。研究表明:天然气射流侧面的卷吸作用对柴油与天然气的混合过程有更大的影响。天然气射流穿过柴油喷雾时,柴油喷雾会阻碍天然气射流的发展,导致一部分天然气堆积在射流头部,改变了天然气射流头部的浓度分布。