碳氢燃料在燃烧动力装置中的应用会导致空气污染，代表性污染物如氮氧化物（NOx）和颗粒物。随着经济的快速发展，环境污染问题凸显。低碳燃料的使用是减少燃烧污染物排放的有效手段，有望在2035　–　2040年间实现空气质量的完全净化。为此，工业界和学术界正加紧对低碳燃料基础燃烧特性的研究，以提高其燃烧效率同时兼顾污染物排放。点火延迟时间（IDT:　Ignition　delay　time）可影响燃烧过程甚至爆燃过程的初始阶段，是燃烧器设计的关键参数之一，也是燃烧反应动力学模型验证的必要手段，为了调控燃料的IDT，学者们进行了大量的研究，包括通过改变燃料的组成和元素，以及使用不同的自燃诱导体/促进剂（氮氧化物、二甲醚、过氧化氢等）。文献显示，少量氮氧化物添加即可显著降低碳氢燃料IDT，从而达到发动机节能减排的效果。
低碳燃料研究中，C0　–　C2/NOx化学反应理解相对成熟，但C2以上碳氢燃料与NOx的交互作用研究无论实验上还是理论上的研究仍非常匮乏，其现状制约了我们对低碳燃料的高效应用。基于此，本文遵从动力学模型层级构建理论，开展C3（丙烷/C3H8）/NOx化学交互作用实验和机理研究，目的是量化NOx添加对C3烷烃燃料自点火特性影响规律，完善C3/NOx燃烧反应动力学模型。
本文取得的主要创新成果如下：
（1）以NUIG开发的Aramco　3.0机理为碳氢燃料基础模型描述C3H8氧化过程，以本课题组开发的C0　–　C2/NOx机理为小分子核心机理描述C2及以下分子与NOx交互作用，在此基础上，结合最新理论和实验测量速率系数，提出包含35个基元反应的C3/NO2动力学子模型，本文模型能很好地预测本研究条件下C3H8/NO2的点火延迟期；
（2）利用高压激波管装置，率先测量了化学计量比C3H8/NO2点火延迟期，反射激波压力为1　–　10　atm，温度为850　–　1550　K，NO2摩尔分数为0　–　10%。结果显示，NO2添加可显著促进C3H8的反应活性并加速自燃，该现象与我们之前对甲烷、乙烷、乙烯的研究结果类似。1175　K下，5%　NO2可缩短C3H8点火延迟期近一个数量级；但当NO2摩尔分数进一步增加到10%时，这种促进效果非常微弱，NO2添加对C3H8自着火总体呈现非线性增加行为；
（3）本文选择现有可描述C3H8/NO2自点火的三个动力学模型：GRI　3.0、POLIMI和本文模型，对纯C3H8和C3H8/NO2混合气点火延迟期进行了数值仿真。比较发现，耦合Aramco　3.0的本文机理对纯C3H8的自燃行为预测与实验结果较好吻合，GRI　3.0在1200　K以下预测过慢，POLIMI模型在1200　K以上预测过快，且这两个模型对实验结果的预测偏差随压力的增加愈加显著。此外，本文也比较了Aramco　2.0和Aramco　3.0两个模型对纯C3H8点火延迟的预测效果，发现，尽管Aramco　3.0补充了异丙醇子模型，但在当前实验条件下，对C3H8点火延迟期预测无差异，意味着，高温下异丙醇子模型对C3H8高温反应活性影响可忽略。对于C3H8/NO2混合气点火延迟期预测，也仅有本文模型给出较为理想的预测结果，因此，该高温模型可作为进一步发展全物理场适用的C3H8/NOx完整机理的基础模型。相比之下，GRI　3.0和POLIMI均表现出不同程度的过高预测，尤其GRI　3.0，实验和模型预测结果差异到数量级；
（4）本文数值仿真结果显示，总体上，压力增加对C3H8/NO2混合气反应活性呈现促进影响。固定温度条件下，压力对C3H8/NO2混合气点火延迟期的影响仅表现在较低温度区域，高温区几乎无影响。但随着反应温度增加，压力促进影响可贯穿整个研究温度区域。具体地，当温度低于1350　K，NO2浓度低于2%时，压力的促进作用几乎可忽略；当温度高于1550　K，NO2浓度仅为0.1%时，可燃混合气即可表现出较为明显的压力依赖现象，NO2浓度越高，压力依赖效果越显著。此外，NO2对C3H8自燃行为的促进作用在浓度为3%时达到最大效果，IDT降低率超过90%；当NO2浓度大于3%时，促进效果极不明显，这与本文实验观测结果（NO2浓度从5%变化到10%）一致。当量比的影响在不同温度条件下呈现相反趋势，即高温区稀混合气活性最高、浓混合气活性最低，低温区相反，且转折温度随压力的增加逐渐升高，随NO2浓度的增加逐渐降低，其内在动力学机制需进一步敏感性和详细反应网络分析。