相关研究表明,燃料的物理性质与喷雾特性对温度的变化非常敏感。在一定压力下,当液态燃料的温度达到临界点,而处于临界状态时,其密度接近液态而粘度只有液态的1/10不到,扩散率比液态大了1-2个数量级,而且在喷雾过程中不经历液态的液滴碎蒸发就可以直接变成气态。这些因素都可以明显的促进油气混合,从而提高燃烧效率并降低微颗粒物的排放。不同的燃料有着不同的物理特性(临界参数),对温度的敏感范围和程度亦不相同。一般而言,纯物质有明确的临界点;而混合物的临界点不是一个定值而是一个范围。研究温度对燃料喷雾的影响,乃至超临界态燃料的喷雾特性,都离不开对物理特性(临界参数)的研究。而由于混合物临界参数的实验测定难度大,成本高。目前有临界参数资料的混合物寥寥无几。本文首先使用自行设计的物性测试小容弹系统,对正庚烷和汽柴油混合燃料的临界参数进行了实验测量,并使用不同的表征燃料进行计算,结合汽柴油临界参数实测值筛选出能够表征的汽柴油混合物物性的替代燃料种类、成分配比及相关可行算法。(1)使用恒压法和定容积法,分别测得正庚烷的临界温度T_C为265℃,临界压力P_C为2.78MPa。与NIST数据库所提供的临界数据,Tc=267℃,P_C=2.72MPa高度符合,从而证明本实验设计的燃料物性测试小容弹系统有效。接着测定了汽柴油混合燃料G20(汽油体积比占20%)、G80的临界参数,分别为(Tc=385℃,P_C=2.35MPa)、(Tc=310℃,P_C=2.91MPa)。(2)采用li和Kiran方程评估了7种汽油替代混合物和5种柴油替代混合物在预测临界温度、临界压力方面的能力,然后选择能够分别代表汽油和柴油的替代燃料,进行汽柴油混合燃料的临界参数估算。结果表明,替代混合物异辛烷/正庚烷/甲基环己烷/甲苯/十六烷按照体积比0.08/0.04/0.02/0.06/0.8混合,可以较为有效的预测汽柴油混合物的临界参数。其次,本文采用自行设计的超临界喷射系统,在恒压2MPa、3 MPa、4 MPa下,温度从常温到超临界291℃的范围内,将正庚烷从喷油器中喷入空气。以及在恒压3MPa下,温度从160℃到380℃之间,将G20燃料从喷油器中喷入空气。并采用同向光源直拍法、背光直拍法、纹影法捕捉喷雾现象。直拍法结果表明,随温度的上升,相比压力,正庚烷的喷雾对温度更敏感,喷雾面积和喷雾宽度先变大后变小,直至为零。整个过程可以分为:冷态液态喷雾区、沸腾区、过热区、近临界区及超临界区。纹影结果表明:随温度的提高,喷雾的液相成分逐渐减小,在近临界区完全消失。近临界和超临界区喷雾完全由高密度气体喷雾组成,尽管面积不大,但是可能分子间距小,有利于和空气混合,且喷射流量随温度升高而减小。