喷雾燃烧依赖于有效的燃料雾化，以增加喷雾的表面积，从而促进混合和蒸发速率[1]，[2]。喷雾燃烧和传热特性受到喷雾与燃烧室壁之间相互作用的影响，其中较高的喷射动量会导致喷雾破裂增强和燃料-空气混合改善，从而降低碳足迹[3]，[4]。另一方面，最近的研究表明，闪蒸喷射提供了一种补充机制，可以改善蒸发和混合准备[5]，[6]。闪蒸喷射是指当燃料被注入压力低于其饱和温度的液体环境时发生的现象。在这种条件下，由于过热，燃料在离开喷嘴后立即发生部分或快速相变（液态到气态）。Qiu等人[7]发现，闪蒸减少了液体穿透长度并促进了细小液滴的破裂，从而在靠近壁面的区域产生了更高的蒸汽分数和更均匀的混合。同样，Nour等人[6]，[8]观察到闪蒸喷射促进了横向喷雾膨胀和冲击表面附近的小尺度涡流形成，这抑制了壁膜的形成并改善了局部空气-燃料混合。这些发现表明，在闪蒸条件下，热驱动的相变雾化增强了混合和蒸发效果，超越了仅通过动量驱动的喷雾破裂所能实现的效果，为改善燃料-空气混合和燃烧效率提供了额外的途径。
多次喷射策略提供了一种替代且非常有效的机制，可以增强蒸发并改善雾化，从而降低发动机排放[9]，[10]，[11]。多次喷射策略下的燃烧特性（如IDT和FLOL）本质上是不同的[12]。研究发现，后续喷射由于早期喷射的燃烧后退而始终表现出更快的喷雾尖端穿透速度，并加速了点火延迟[13]。多次喷射的FLOL受到环境条件（压力、温度、密度和稀释度）以及喷射配置（喷射器喷嘴、喷射压力、持续时间、喷射策略等）的影响[14]。FLOL长度是一个基本特性，它提供了关于燃料喷射范围的空间信息，更长的升程长度表明有更多的新鲜燃料被带入喷雾喷射中，促进了稀燃燃烧并减少了烟尘形成[15]。点火延迟较短的燃料通常也有较短的FLOL长度，但这种相关性并非在所有燃料中都一致[16]。例如，具有更高反应性和更简单氧化途径的含氧化燃料表现出冷火焰点火现象，影响了火焰稳定性并减少了点火延迟[16]，[17]。
此外，多次喷射策略还提供了控制压缩点火（CI）发动机中热释放率（ROHR）的能力，从而实现等压燃烧[18]，[19]。虽然等压燃烧可以提高发动机效率，但当与分周期概念或热回收单元系统结合使用时，其效果可以进一步提高[20]，[21]，[22]。然而，等压燃烧要求喷射之间的停留时间非常短，这会导致点火延迟加快，从而减少后续混合并促进烟尘形成[23]，[24]，[25]。喷射之间的短停留时间还会导致喷雾之间的相互作用，形成局部燃料富集区，从而增加烟尘排放[26]。等压燃烧中烟尘排放的增加是由于喷射之间的混合时间短，导致燃料被注入到早期喷射形成的反应性混合区域[27]。高辛烷值的燃料允许更长的点火延迟和更长的混合期，这通过促进更完全的燃烧减少了烟尘排放[28]。一项在接近70巴的环境压力下对正庚烷和异辛烷燃料的比较研究表明，异辛烷可以在保持最低烟尘水平的同时减少热传递损失[29]。
之前的CVCC研究主要集中在14.8–22.8 kg/m³的环境密度范围内，这些研究为柴油喷雾燃烧提供了详细的实验和数值数据库，对于理解传统柴油燃烧的物理和热化学过程非常有价值[30]，[31]，[32]。Higgins等人[33]发现，随着环境密度增加到45 kg/m³，点火阶段显著缩短，导致每个阶段的过渡迅速。Picket等人[34]将环境密度进一步提高到58.5 kg/m³（环境压力约170巴），并观察到随着密度的增加，点火延迟和准稳态喷雾火焰的大小都减小了。Pang等人[35]通过三维数值研究探讨了不同环境密度（14.8、30.0、58.5 kg/m³）对点火行为和喷雾火焰结构的影响。他们发现，在高温点火时，第一次点火位置的混合分数（Z）与环境密度的变化并不一致。在14.8和30.0 kg/m³时，点火发生在燃料富集区；而在58.5 kg/m³时，点火发生在燃料贫乏区。另一方面，对于一系列商业[36]或替代燃料混合物[37]的研究表明，燃料反应性对点火延迟和FLOL的影响表明，随着燃料反应性的降低（无论是通过提高燃料的辛烷值还是通过降低混合气的反应性，例如通过降低环境温度），点火延迟和FLOL都会增加。
通常基于不同的诊断技术分析喷雾燃烧，而由OH*、CH*、C₂*、CO₂*和HCO*等物种的排放产生的化学发光为燃烧诊断提供了宝贵的见解[38]，[39]。化学发光能够测量柴油和汽油直喷系统中的参数，如IDT和FLOL长度。早期研究将OH*成像确定为在恒容条件下柴油喷雾中高温反应区和火焰稳定点的可靠指标[14]，[32]。火焰自然强度成像还能够估计火焰的化学计量轮廓，代表火焰温度最高的区域[40]。Hao等人[41]使用610纳米的短通滤光片分析了化学发光排放，以了解在150巴环境压力和1000 K环境温度下真实碳氢燃料的点火延迟和FLOL长度。他们的结果表明，热释放率与自然火焰强度有很好的相关性，表明化学发光可以有效地解释这种压力水平下的喷雾特性[41]。此外，发现高辛烷值和低辛烷值燃料之间的点火延迟无关紧要，而在高压燃烧下，FLOL行为主要由喷射和环境压力决定[41]。
根据上述讨论以及本工作的范围，很明显，之前的研究主要集中在常规环境密度（14.8–22.8 kg/m³）下的单次喷射策略，此时喷雾发展和火焰特性已经得到很好的研究。然而，在接近50 kg/m³的超高密度下的行为尚未得到研究，特别是在使用多次喷射时。因此，连续喷射事件之间的相互作用及其对超高环境密度下喷雾和燃烧特性的影响对于高压燃烧应用来说仍然是一个研究兴趣点。本研究通过实验调查量化了在这种极端条件下的喷射策略和燃料的影响，这些条件代表了与发动机相关的高压等压燃烧。实验结果为超高环境密度下的多次喷射喷雾和燃烧行为提供了见解，并为改进燃烧建模和开发高压能量转换系统的预测性物理和化学子模型奠定了宝贵的基础。
