柴油机具有热效率高、可靠性强、适应性好、比油耗低等优点,广泛应用于工程机械、运输车辆和军事装备中。然而,柴油机的排放污染物不容忽视,其中包括大量的二氧化碳、氮氧化物和颗粒物。特别是在隧道、地铁、水下等空气不流通的封闭环境中,二氧化碳的排放需要严格控制。液氧固碳闭式循环柴油机能有效减少排放物对工作人员的影响,满足日益严格的排放要求。柴油在该系统下进行燃烧时,背景气体为二氧化碳/氧气的混合物。因此,对柴油在该成分背景气体下燃烧特性的研究甚为迫切。本文针对不同二氧化碳/氧气环境下柴油的燃烧特性的进行研究,采用计算和试验相结合的方式来展开研究。首先,提出了柴油在二氧化碳/氧气环境中喷雾燃烧的动态化学当量比模型,建立了定容燃烧弹物理模型和柴油表征燃料(正庚烷)的化学模型,基于Converge燃烧仿真软件进行了计算,得到了柴油在二氧化碳/氧气环境下燃烧的火焰浮起长度及火焰温度云图的分布情况。其次,搭建了定容燃烧弹与高速摄像机相结合的可视化试验系统,详细介绍了系统组成、操作流程及试验工况。对柴油喷雾燃烧过程进行可视化试验,利用直拍法获得了不同二氧化碳/氧气环境下柴油喷雾燃烧的过程图像。最后,对柴油在空气和不同浓度二氧化碳/氧气环境下燃烧过程、温度云图分布及火焰浮起长度的异同点进行讨论,并对试验中火焰自然光度的变化以及计算结果中火焰温度云图的分布进行分析。研究结果表明:柴油喷雾在空气与二氧化碳/氧气环境下燃烧特性有极大差异,柴油在二氧化碳/氧气环境下的火焰浮起长度和火焰温度云图的仿真结果与试验结果吻合,初步证明了本文建立的计算模型计算柴油在二氧化碳/氧气环境下火焰浮起长度的准确性。当二氧化碳浓度小于43%后,火焰浮起长度受二氧化碳浓度影响的减弱。在不同二氧化碳/氧气环境下,柴油火焰上游区域温度分布变化明显。但是,火焰下游区域的温度分布没有明显的差异。火焰浮起长度变化曲线呈现出相同的趋势:首先急速下降,然后轻微下降,最后迅速上升。随着二氧化碳浓度的增高,火焰浮起长度与火焰自然发光度均有所增加,同时火焰自然发光度的峰值增加且滞后出现。