自内燃机诞生直至现在，世界各地已经将其广泛地应用到车辆、轮船、发电等诸多行业领域。然而，随着汽车工业飞速发展^[1]，石油资源的消耗速度增加、资源有限，CO和NO_x排放对大气造成的污染严重^[2]，全球气候逐年变暖等问题也随之而来^[3]。资源短缺、环境污染严重等问题已在发展的社会中日益突出。因此，减少不可再生能源的消耗，颁布严格的排放法规条例^[4]，提高能源使用效率或寻找替代燃料就成了人类解决上述问题的思路。近年来，在寻找替代燃油方面，除了英、美两国使用乙醇替代汽油来减少CO₂的排放以外^[5]，一种理化特性类似汽油的生物质燃料——2,5 -二甲基呋喃（DMF）开始引起人们关注。与已知可使用的醇类燃料（如甲醇、乙醇、丁醇^[6]）相比，DMF的能量密度更大、沸点更高^[7]、十六烷值低^[8]、制备消耗能量更少^[9]等优点，使得它成为生物燃料的研究焦点之一。另外，DMF制备设备技术的突破也为DMF作为燃料的研究打上了聚光灯^[10]。

参考已知成功使用的甲醇/柴油混合燃料^[11]，加之DMF和汽油相似的理化性质，能够与柴油良好互溶^[12]，故可以尝试进行对DMF/柴油混合燃料的研究^[13]。在柴油发动机中，DMF/柴油混合燃料的喷雾燃烧^[14]研究会涉及到热力学、流体力学、传热学以及数学等基础理论，本文将从DMF/柴油混合比例^[15]、燃油喷射压力^[16]、环境背压、喷孔几何特性等因素进行对喷雾特性^[17]和燃料燃烧特性的影响。目前，和DMF/柴油混合燃料有关的研究报道为数不多^[18]。

倘若DMF/柴油混合燃料的喷雾和燃烧特性能够优于醇类/柴油混合燃料，那么它的推广应用会比后者更加容易实现，汽车工业的发展方向和能源结构的调整也会因此而产生巨大变化。这对人类社会的改变和自然环境的保护有着深远影响。

国内外研究现状

呋喃类生物燃料的相关研究早已在上个世纪开始，在2007年Yuriy等人首先提出用生物质制备DMF的突破性方法后^[10]，使用DMF作为替代燃料成为可能，并引起了诸多科研人员如火如荼的研究。在国外，研究者把精力放在对DMF的基础研究及化学动力研究上，他们的研究开始较早且进展快，或领先于国内对于DMF燃烧的了解^[12]。国内则先联想到了将它作为一种生物燃料与柴油混合燃烧，并开展了有关喷雾和燃烧数值模拟方面的很多研究,诸如柴油机燃油喷雾和燃烧过程的数值模拟^[20,21]；汽油机^[22]燃油喷雾和燃烧过程的数值模拟；甲烷-空气混合燃烧数值模拟^[23]以及醇类／柴油／生物柴油多元燃料联合反应机理的研究^[24]；也对生物质燃料的燃烧特性优化做了一些试验和研究^[25]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

此次研究探讨DMF/柴油混合比例、燃油喷射压力、环境背压、喷孔几何特性等因素对喷雾特性和燃料燃烧特性的影响，利用三维CFD软件AVL—FIRE对DMF/柴油混合燃料在定容弹内的喷雾燃烧过程进行模拟，

并利用三维模拟分析的方法，形成可求解的数值模型，利用科学计算方法进行数值模拟计算，并将得到的结果和现有实验效果相比较，以此来验证模型的可靠性。

本研究在充分假设的基础上对现有复杂现象进行简化，建立描述液滴、火焰面、内区和外区各处的温度及组分浓度变化的物理数学模型，最终模拟计算出火焰半径、火焰面温度、液滴表面温度、液滴表面燃料蒸气浓度、燃烧区和未燃区中温度和组分分布，及液滴的寿命，并探讨环境温度、液滴温度及大小等因素对蒸发燃烧特性的影响。

2.2 研究（设计）的目标