柴油机具有较高的燃烧效率及可靠性等特点被广泛应用，但其燃料燃烧成为主要污染源之一，燃烧废气中污染物主要有NOx和PM。目前排放法规日益严格并且能源需求的极速增长，而燃油是非可再生资源，导致燃油资源的储量不断消减。因此，为了缓解化石燃料使用需求及其储量之间的相互矛盾，同时须要降低污染物的排放，那么寻求可靠的替代燃料成为目前最有效的方法之一。众所周知，天然气（LNG）作为一种替代燃料，已经引起广泛关注，表明LNG燃料动力系统技术逐渐成为当前航运业应对日益严格的排放法规以及实现可持续发展所采取的主要应对对策之一。由于天然气的自燃温度和辛烷值较高，不易压燃，在实际应用中，通常采用LNG-柴油双燃料燃烧模式（用柴油引燃天然气）。双燃料燃烧模式在不需要对传统柴油机进行较大改动的同时，能有效降低燃油消耗和排放，因此成为业内关注的焦点，具有广阔的应用前景和强烈的市场需求。

目前已有大量关于LNG-柴油双燃料发动机的台架试验研究，但是发动机的优化试验数量随控制参数增加呈级数增加，且随着控制参数的不断增多，完全通过发动机台架试验去考察所有可能的工况运行点变得越来越困难。因此，LNG-柴油双燃料发动机的研究逐渐从台架试验转向数值模拟研究，即通过建立精确的燃烧计算模型，开展相关模拟研究，为LNG-柴油双燃料发动机的开发设计提供有效的理论支持和理论指导。

国内外对于LNG和柴油各自的替代物模型及其化学动力学机理已经进行了大量的研究工作，LNG多包含小分子物质，天然气化学动力学机理研究较为成熟，其中柴油的模型燃料已逐渐从单组分正庚烷发展为详细的多组分模型。

一．天然气化学动力学机理研究现状

目前，国外学者提出了许多可以应用于模拟天然气燃烧的化学动力学机理，其中具有代表性的包括GRI 3.0机理、San Diego机理、USC Ⅱ机理、Leeds机理、GDF-Kin 3.0机理等。

目前国际上应用最为广泛的天然气化学反应机理是GRI 3.0，它包含53种物质和325步基元反应，能模拟甲烷、乙烷、丙烷、NO_x和C₂氧化产物，适用范围为：温度1000-2500K、压力0.1-10atm、当量比0.1-5.0。该机理经过了着火延迟时间、层流燃烧速度和重要组分浓度的验证。

San Diego机理由加州大学圣地亚哥分校的燃烧研究小组构建的一个高度简化的机理，它包含了46种物质和235步基元反应，可用于描述甲烷、甲醇、乙烷、乙烯、乙醇、丙炔燃料的燃烧反应过程。经过了着火延迟时间、重要组分浓度和层流燃烧速度的验证，但是仍存在准确性不足的问题。其数据一直在进行更新，目前已更新至2014年版本。

Leeds机理包含包含CH₄燃烧反应动力学机理、NOx机理和SOx机理，具有37种化学物质和351步基元反应，该机理经过了着火延迟时间和层流燃烧速度的验证，但是对组分摩尔浓度的预测能力还存在不足。

GDF-Kin3.0机理是由Ferrieres等人在GRI 3.0机理的基础上添加正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷以及正己烷子机理得到，适用于天然气低压燃烧，经过了着火延迟时间、重要组分浓度及层流燃烧速度的验证。