内燃机作为传统的动力装置,对国民经济发展起着重要支撑,面对日益严苛的排放法规以及碳达峰碳中和发展目标,实现内燃机全生命周期的超低排放成为内燃机技术发展的主要目标,新型燃烧技术耦合清洁可再生替代燃料成为解决上述难题有效技术途径之一。戊醇因其含氧、可再生、易挥发,极性较小,能与柴油、生物柴油稳定互溶等特点,是一种理想的可再生替代燃料。但其汽化潜热较高,发动机冷启动性能差,十六烷值较低,着火性能差,需要与高活性燃料调配来弥补其不足,柴油作为传统的高活性燃料,可以与戊醇掺混后来解决上述问题。但柴油组分复杂,对于燃烧模型的构建提出极大挑战,正十二烷作为单质可以对柴油的理化特性提供较为精准的表征,因此,本文基于燃料设计的理念,构建了戊醇/正十二烷二元模型燃料,在定容燃烧弹内采用光学诊断技术开展戊醇/正十二烷二元燃料喷雾、着火、燃烧及碳烟生成特性可视化研究,为建立戊醇/正十二烷二元燃料燃烧模型提供试验数据支撑,本文的主要研究内容如下:（1）采用纹影法和Mie散射法对戊醇/正十二烷二元燃料和正十二烷的喷雾气液相发展特性进行了试验研究。结果表明:由于二元模型燃料具有较低的初始馏程和有较小的表面张力,喷雾锥角和喷雾体积显著提高,加强了戊醇/正十二烷二元燃料对空气的卷吸能力。此外,由于二元模型燃料较高的燃油密度和汽化潜热,导致二元燃料的液相长度较长,增加了湿壁风险。开发了颗粒追踪测速技术（PTV）探究戊醇/正十二烷二元燃料的喷雾速度分布,获得了二元燃料喷雾速度在轴向和径向分布特征。（2）基于定容燃烧弹系统,搭建了纹影法、自发火焰发光法和OH*化学发光法同步测试平台。随着环境温度和喷射压力的改变,一阶段着火延迟期与总着火延迟期具有相同的变化趋势,戊醇较低的反应活性增加了二元燃料的着火延迟期和火焰浮起长度,为燃烧之前的油气混合提供了充足的时间,降低了局部当量比,避免“火里喷油”情况的发生,由于戊醇的汽化潜热较高,引入汽化潜热Va拟合出关于两种燃油液相长度和一阶段着火的经验公式,发现汽化潜热与液相长度和一阶段着火延迟期呈正相关。（3）采用激光诱导荧光法对燃烧中间产物甲醛基的时空分布进行了试验研究,发现甲醛初生时刻与高温反应的时间间隔随着环境温度的升高不断缩短,甲醛的初始生成位置位于火焰浮起长度的上游附近,快速消耗的甲醛强化了稳态火焰结构。而戊醇的加入使甲醛初生时刻和初生位置延长。采用高频背景光消光法探究了两种燃油的碳烟生成特性,试验结果表明,戊醇的加入使二元燃料的燃空比降低,碳烟的生成质量随之下降,同时由于戊醇的含氧特性,极大的抑制了二元燃料的碳烟净生成速率。在高温环境下,配合较高的喷射压力,代表燃油的火焰浮起长度与液相长度的差值LOL-LL逐渐变大,使二元燃料的碳烟生成量维持在较低水平。