聚甲氧基二甲醚混合燃料噴霧特性試驗(yàn)研究

摘要：發(fā)展替代燃料是緩解石油能源短缺和環(huán)境污染的重要手段，在眾多替代燃料中，含氧燃料因?yàn)槠淇稍偕?、含碳量較低、能降低尾氣排放等優(yōu)勢(shì)，得到了極大的發(fā)展。聚甲氧基二甲醚（PODE）、乙醇和生物柴油都是極具發(fā)展?jié)摿Φ暮跆娲剂?。在?shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)中，替代燃料的噴霧行為直接影響后續(xù)的燃燒與排放過(guò)程?？紤]到PODE可作為柴油-乙醇燃料的助溶劑，同時(shí)能彌補(bǔ)生物柴油高黏度和低揮發(fā)性的缺點(diǎn)，分別對(duì)柴油-乙醇-PODE和生物柴油-PODE混合燃料在定容燃燒室中的噴霧特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：在柴油中添加PODE對(duì)混合燃料的噴霧貫穿距（STP）影響不大，而在生物柴油中添加PODE，混合燃料的STP隨著PODE比例的增加先增后減。在柴油中添加PODE和乙醇可以增加噴霧錐角（SCA），改善徑向擴(kuò)散，但對(duì)柴油的噴霧投影面積（SPA）影響不大，混合燃料對(duì)空氣的卷吸能力與柴油相似。在生物柴油中添加PODE，混合燃料的噴霧錐角和噴霧投影面積均明顯大于生物柴油，能夠有效改善生物柴油的噴霧質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：聚甲氧基二甲醚（PODE）；乙醇；生物柴油；柴油；噴霧特性；噴霧貫穿距；噴霧錐角

DOI：10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.004

中圖分類(lèi)號(hào)：TK421.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1001-2222（2024）05-0025-07

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于“多煤少油”的狀態(tài)，石油長(zhǎng)期嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，即便是在新冠疫情的巨大沖擊下，2020年我國(guó)進(jìn)口原油仍達(dá)到了5.42億t，總金額達(dá)12 218億元^［1］?？梢?jiàn)，我國(guó)的石油能源供需關(guān)系嚴(yán)重失衡，石油資源的短缺問(wèn)題也愈加突出。另一方面，龐大的機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也嚴(yán)重影響著我們的生活。為了緩解環(huán)境污染帶來(lái)的問(wèn)題，國(guó)家也陸續(xù)頒布了越加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，對(duì)新生產(chǎn)和已生產(chǎn)的各種機(jī)動(dòng)車(chē)的排放量均進(jìn)行了限制，力圖從源頭上預(yù)防和控制污染物排放，在愈加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)下，控制機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放已經(jīng)刻不容緩。

使用車(chē)用替代燃料既能夠減少污染物的排放，又能改善石油能源的短缺現(xiàn)狀，尋找車(chē)用替代燃料是同時(shí)緩解這兩個(gè)問(wèn)題的重要手段^［2］。在當(dāng)今我國(guó)“碳達(dá)峰”、“碳中和”的大背景下^［3-4］，發(fā)展低碳、高熱值的車(chē)用燃料是未來(lái)主要的發(fā)展方向。在眾多替代燃料中，含氧燃料因?yàn)槠淇稍偕?、含碳量相?duì)較低、能極大降低尾氣排放等優(yōu)勢(shì)，受到廣泛關(guān)注^［5-6］。近幾年來(lái)，一種新型的含氧燃料——聚甲氧基二甲醚（PODE），開(kāi)始出現(xiàn)在人們的視野^［7］。PODEn是具有一般結(jié)構(gòu)式CHO（CHO）nCH的醚類(lèi)有機(jī)物（n為聚合度），具有很多獨(dú)特優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，如極高的含氧量、十六烷值高、揮發(fā)性好，能改善燃空混合質(zhì)量，具有很強(qiáng)的降低污染物排放的能力^［8-9］。同時(shí)，PODE能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的最大壓力升高率^［10］，并提高燃燒效率和發(fā)動(dòng)機(jī)效率^［11-12］，被認(rèn)為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)良的新型柴油添加劑^［13-14］。

到目前為止，各國(guó)學(xué)者對(duì)PODE的應(yīng)用及燃燒排放特性做了大量的研究工作，PODE在顯著改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到了廣泛驗(yàn)證。Liu^［15］、楊皓^［16］、Ma^［17］等的研究結(jié)果表明，摻混PODE可以極大地提高燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率，降低著火延遲。Duraisamy^［18］、Li^［19］、Huang^［20］等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，使用PODE能夠明顯改善燃料著火特性，增大缸內(nèi)峰值壓力，提高燃燒時(shí)的制動(dòng)熱效率和燃燒效率，降低HC，CO和碳煙的排放。

然而，迄今為止，有關(guān)PODE燃料的噴霧特性研究卻較為少見(jiàn)，目前僅見(jiàn)于Liu等^［21］、Li等^［22］和Huang等^［23］的研究工作中。Liu^［21］等在定容彈中對(duì)汽油-PODE和柴油-PODE混合燃料的噴霧特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，PODE的加入會(huì)增大汽油、柴油的貫穿距和噴霧錐角。對(duì)于燃料蒸發(fā)態(tài)噴霧下的液相貫穿距，由于PODE的揮發(fā)性小于汽油而大于柴油，故摻混PODE會(huì)增大汽油的液相貫穿距，而減小柴油的液相貫穿距。Li等^［22］在定容彈中對(duì)PODE-柴油混合燃料噴霧的宏觀與微觀特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，燃料噴霧貫穿距隨著燃料PODE比例的增加而減小。對(duì)于噴霧錐角，由于PODE黏度更小，當(dāng)PODE比例為0，20%，50%時(shí)，噴霧錐角隨PODE比例增加略有增大。而純PODE噴霧錐角最小，這是純PODE較大密度對(duì)噴霧錐角的影響更大所致。另外PODE的加入會(huì)增大噴霧投影面積，而噴嘴孔直徑對(duì)其影響不大。對(duì)于噴霧液滴直徑，其隨著PODE比例的增大而減少。Huang等^［23］的研究表明，在柴油中添加正丁醇和PODE均會(huì)增大噴霧貫穿距，而對(duì)噴霧錐角無(wú)明顯影響。

生物柴油十六烷值高、本身含氧^［24］，可通過(guò)酯交換從動(dòng)植物脂肪中獲取^［25］，原料來(lái)源廣泛，合成工藝簡(jiǎn)單，是一種較為理想的柴油替代品^［26］。然而，生物柴油的黏度和表面張力比較高，較高的黏度和表面張力會(huì)極大地影響噴霧過(guò)程燃料的破碎和霧化，從而降低燃燒的質(zhì)量，甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)沉積物產(chǎn)生^［27］。

鑒于PODE在改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能方面的優(yōu)勢(shì)^［28］，本研究采用PODE和具有很大降低碳煙排放潛力的乙醇^［29-30］部分替代傳統(tǒng)柴油，利用紋影法和圖像處理技術(shù)對(duì)非蒸發(fā)環(huán)境下柴油-乙醇-PODE混合燃料噴霧過(guò)程中噴霧貫穿距、噴霧錐角、噴霧投影面積和液核區(qū)占比等噴霧特性進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，此外，針對(duì)生物柴油低溫流動(dòng)性差的缺點(diǎn)，還研究了PODE摻混生物柴油對(duì)燃料噴霧特性的影響。

1 試驗(yàn)裝置、材料及方法

試驗(yàn)裝置由高壓共軌噴射系統(tǒng)、定容燃燒室和紋影光路系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)用來(lái)精準(zhǔn)控制噴射參數(shù)，可提供50～160 MPa的穩(wěn)定噴霧壓力。油箱中的燃料被高壓油泵吸入，經(jīng)過(guò)加壓變成高壓燃油之后蓄積在油軌中，高壓油軌中的燃油再輸送給相連接的噴油器。

光路系統(tǒng)基于紋影法的光學(xué)原理，通過(guò)將光源、透鏡、高速相機(jī)等光學(xué)元件按照一定的順序和位置搭建而成。光源發(fā)出的光線經(jīng)由透鏡后聚焦，照射在光柵上，光柵上帶有一個(gè)小孔，光線通過(guò)小孔后形成點(diǎn)光源。點(diǎn)光源通過(guò)左透鏡后成為平行光線，平行光線通過(guò)透明的石英玻璃視窗進(jìn)入定容室內(nèi)，穿過(guò)流體測(cè)試區(qū)域時(shí)發(fā)生光線偏轉(zhuǎn)，從而記錄了燃油噴霧的形狀信息。定容室出來(lái)的光線經(jīng)過(guò)右透鏡后又重新聚焦，被刀口切割后進(jìn)入高速相機(jī)中成像獲得噴霧的紋影圖像。高速相機(jī)的型號(hào)為Photron FASTCAM SA5 1000K-M3，拍攝速度最高可達(dá)1 000 000 幀/s。在本試驗(yàn)中相機(jī)速度設(shè)置為20 000 幀/s，獲得分辨率為704×520像素的灰度圖像。

本研究使用柴油、乙醇、生物柴油和PODE作為基礎(chǔ)燃料，柴油為0號(hào)柴油，乙醇為無(wú)水乙醇，生物柴油的主要有效成分為利用大豆油生產(chǎn)的脂肪酸甲酯。PODE分別由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.4%，46.3%和21.3%的PODE3、PODE4、PODE5組成。

為了方便分析試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)所有試驗(yàn)燃料的物性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。試驗(yàn)燃料的密度、黏度和表面張力分別采用FA604B高精度電子天平、DV3TLVCJ0黏度計(jì)和CNSHP BZY-2全自動(dòng)表面張力儀測(cè)得，測(cè)量按照中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在20 ℃環(huán)境溫度下進(jìn)行，化學(xué)計(jì)量空燃比根據(jù)物性參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到。燃料的主要物理化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

混合燃料分別命名為D100（純柴油）、DP20（體積分?jǐn)?shù)80%柴油和20%PODE）、DPE15（體積分?jǐn)?shù)85%DP20和15%乙醇）、B0（純生物柴油）、B10（體積分?jǐn)?shù)90%生物柴油和10%PODE）、B20（體積分?jǐn)?shù)80%生物柴油和20%PODE）、B30（體積分?jǐn)?shù)70%生物柴油和30%PODE）。

試驗(yàn)在噴霧壓力90 MPa，120 MPa和環(huán)境壓力3 MPa下進(jìn)行，燃料溫度與環(huán)境溫度均為常溫300 K，環(huán)境氣氛為氮?dú)夥諊芯咳剂显诜钦舭l(fā)條件下的噴霧特性。為了減小隨機(jī)誤差，所有試驗(yàn)工況下均進(jìn)行5次重復(fù)試驗(yàn)，計(jì)算5次試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差以驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和可重復(fù)性，最終結(jié)果取平均值。

使用基于Pascal語(yǔ)言編寫(xiě)的程序?qū)Ω咚傧鄼C(jī)獲得的噴霧過(guò)程灰度圖像進(jìn)行批量處理。高速相機(jī)獲得的灰度圖像經(jīng)過(guò)裁剪后作為原始圖像，將原始圖像的灰度值與噴霧開(kāi)始前的背景圖像逐個(gè)像素進(jìn)行對(duì)比：定義灰度差值大于40的像素為噴霧區(qū)域，灰度差值小于40的像素為背景，從而劃分出噴霧邊界，最后將噴霧邊界之外的背景刪除得到最終的圖像，如圖2所示。根據(jù)最終圖像以及事先標(biāo)定的像素尺寸值計(jì)算出噴霧宏觀特性參數(shù)。

圖3示出了噴霧特性參數(shù)的定義。噴霧貫穿距（STP）定義為噴嘴出口到噴霧末端的距離，噴霧錐角（SCA）為二分之一的噴霧貫穿距處噴霧兩側(cè)部邊緣與噴嘴形成的夾角，噴霧投影面積（SPA）則定義為燃料噴霧在視窗平面上的投影面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴霧貫穿距

噴霧貫穿距是燃料宏觀噴霧特性參數(shù)中最基礎(chǔ)，也是最重要的一個(gè)參數(shù)，它反映了燃油噴霧的發(fā)展過(guò)程以及最終發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)判斷燃空混合情況以及“濕壁”現(xiàn)象是否發(fā)生具有重大的參考意義。圖4示出不同燃料噴霧貫穿距隨時(shí)間的發(fā)展情況。燃料離開(kāi)噴嘴時(shí)具有較大的動(dòng)量，隨著噴霧的進(jìn)行，燃料逐漸破碎成細(xì)小液滴并向周邊擴(kuò)散，這時(shí)燃料受到的環(huán)境氣體的阻力也越來(lái)越大，因而圖中幾種燃料STP的發(fā)展呈現(xiàn)出先快后慢的相似規(guī)律。

對(duì)于柴油-乙醇-PODE混合燃料，從圖中可以看出3種燃料的STP大小相似，差異不明顯，其中，DPE15的STP最小。這是因?yàn)镈P20和DPE15的密度稍大于純柴油，具有更大的慣性，在穿透過(guò)程中速度減弱得更慢，這對(duì)燃料STP起增大作用。另一方面，DP20和DPE15的黏度小于柴油，在與周?chē)諝庀嗷プ饔玫倪^(guò)程中更容易發(fā)生破碎，液滴尺寸更小的燃油在穿透過(guò)程中受到更大的阻力，這最終對(duì)燃料STP起減小作用。兩種作用相互抵消，使得DP20和DPE15的STP與柴油的STP差異不明顯。DPE15的黏度最?。ū菵100低37%，比DP20低20%），密度適中，因此DPE15的STP要低于其他兩種燃料。

而對(duì)于生物柴油-PODE混合燃料，不同燃料的STP稍微有些差異。在噴霧發(fā)展初期（0.25 ms之前），4種燃料的STP無(wú)明顯區(qū)別。然而在噴霧發(fā)展的中后期，隨著生物柴油中PODE摻混比例的增加，混合燃料的STP明顯增大，當(dāng)PODE摻混比例達(dá)到20%時(shí)，隨著PODE的繼續(xù)加入，燃料STP又開(kāi)始減小。相同時(shí)刻下B20的STP最大，B30的STP接近純生物柴油B0。在噴霧初期，液體燃料剛離開(kāi)噴嘴還未破碎完全，并以最大的貫穿速度向前發(fā)展，此階段燃料STP的發(fā)展主要取決于離開(kāi)噴嘴時(shí)獲得的初始速度，而受燃料本身物性差異的影響不大。隨著噴霧的進(jìn)一步發(fā)展，燃料逐漸破碎，受到環(huán)境氣體的阻力增大，噴霧貫穿速度開(kāi)始迅速減小，混合燃料物性的差異開(kāi)始影響著STP。PODE的密度比生物柴油大20%，因此PODE的慣性更大，在相同的阻力情況下速度減小得更慢，這使得混合燃料的STP更大。另一方面，PODE的黏度遠(yuǎn)小于生物柴油，而黏度是影響破碎過(guò)程的重要因素，黏度越小的燃油越容易破碎成細(xì)小液滴^［31］。燃油所受到的空氣曳力隨著破碎程度的增加而增大，這使得混合燃料的STP更小。因此，當(dāng)混合燃料中PODE比例升高到一定程度時(shí)，黏度等影響破碎的因素開(kāi)始取代密度成為影響噴霧貫穿速度的主要因素，此時(shí)繼續(xù)加入PODE混合燃料的STP會(huì)減小，這就導(dǎo)致了燃料B30的STP反而要小于B20。由于燃料的STP受到燃料本身多種物性參數(shù)的共同影響，各試驗(yàn)工況下生物柴油-PODE混合燃料的STP隨著PODE比例的增加呈現(xiàn)先增后減小的相似規(guī)律。

2.2 噴霧錐角

噴霧錐角作為描述燃料宏觀噴霧形態(tài)的又一重要參數(shù)，在燃空混合度及氣體卷吸量等各種數(shù)學(xué)模型中得到了廣泛應(yīng)用，因此研究不同燃料對(duì)SCA的影響具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。圖5示出不同燃料的SCA在整個(gè)噴霧過(guò)程的發(fā)展情況比較。隨著液體燃料從噴嘴噴出，SCA先是迅速增大到峰值，然后開(kāi)始慢慢下降，經(jīng)過(guò)短暫的波動(dòng)后逐漸穩(wěn)定。燃料剛離開(kāi)噴嘴時(shí)還沒(méi)有破碎完全，僅是破碎成液柱、液絲或者是大塊的液滴，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為初級(jí)破碎^［32］。這個(gè)階段還處在燃油霧化的初期，SCA具有較高值和不穩(wěn)定的特點(diǎn)。隨著噴霧的發(fā)展，燃油噴霧在自身內(nèi)力和外界環(huán)境阻力共同作用下進(jìn)一步破碎成細(xì)小的液滴，直到完全霧化，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為二次破碎^［33］。在這個(gè)階段噴霧形態(tài)逐漸穩(wěn)定，軸向與徑向的擴(kuò)散也逐漸均勻，因此在噴霧場(chǎng)的中遠(yuǎn)處SCA具有較為穩(wěn)定的值。從圖中還可以看出，噴霧壓力對(duì)燃料噴霧錐角的影響不大，說(shuō)明噴霧錐角對(duì)噴霧壓力不敏感，這與先前文獻(xiàn)中的研究結(jié)果^［34］一致。

從圖中可以看出，噴霧初期的SCA不穩(wěn)定性，因此遠(yuǎn)場(chǎng)噴霧錐角才更能代表噴霧的錐角特性。為了更加直觀地比較PODE和乙醇的加入對(duì)柴油或生物柴油SCA的影響，選用噴射時(shí)間0.5 ms到噴射結(jié)束階段的SCA值進(jìn)行分析，通過(guò)計(jì)算這個(gè)階段SCA的平均值得到平均噴霧錐角，如圖6所示。

對(duì)于柴油-乙醇-PODE混合燃料，DP20和DPE15的噴霧錐角比柴油D100的錐角大，而DPE15的錐角最大。在3 MPa環(huán)境壓力下，DPE15的噴霧錐角比柴油大18%～30%。噴霧錐角是燃油噴霧徑向擴(kuò)散的結(jié)果，DP20的黏度低于柴油，而表面張力與柴油相似，因此在燃料噴霧過(guò)程中，DP20比D100更容易破碎成細(xì)小的液滴。較小的液滴具有更強(qiáng)的徑向擴(kuò)散性，這導(dǎo)致DP20的徑向擴(kuò)散大于D100，產(chǎn)生了更大的噴霧錐角。同樣，DPE15的黏度和表面張力小于DP20，更容易發(fā)生破碎，因此DPE15的錐角更大。結(jié)果表明，PODE和乙醇的加入改善了柴油的擴(kuò)散性，利于燃油與空氣充分混合。

生物柴油-PODE混合燃料的錐角要明顯大于生物柴油，并且PODE摻混比例越大，錐角也越大。出現(xiàn)這種情況的根本原因在于PODE的黏度和表面張力，特別是黏度比生物柴油?。˙30的黏度比生物柴油B0小45%），較小的黏度使得燃料在與周?chē)h(huán)境的相互作用下更容易破碎。當(dāng)液體燃料破碎成更細(xì)小的液滴時(shí)，噴霧在貫穿過(guò)程中受到外界空氣的影響更大，這有利于噴霧的徑向擴(kuò)散。由噴霧錐角的定義可知，更強(qiáng)的徑向擴(kuò)散導(dǎo)致了混合燃料具有比生物柴油更大的錐角。這也極大地增加了燃料在噴霧過(guò)程與周?chē)諝獾幕旌铣潭?，這一特性也有利于混合燃料在實(shí)際柴油機(jī)中噴霧后續(xù)的燃燒與排放過(guò)程。

2.3 噴霧投影面積

噴霧投影面積是燃油在噴霧場(chǎng)中擴(kuò)散能力的直接表現(xiàn)，也可說(shuō)明燃油噴霧與周?chē)諝獾幕旌锨闆r。圖7示出不同燃料在不同噴霧壓力下的噴霧投影面積。

從圖中可以看出，對(duì)于柴油-乙醇-PODE混合燃料，大部分情況下3種燃料的SPA差異不大，僅當(dāng)噴霧壓力為90 MPa，環(huán)境壓力為3 MPa時(shí)， DPE15的SPA大于DP20和D100。說(shuō)明在柴油中加入PODE和乙醇對(duì)柴油的SPA影響不大，柴油-PODE-乙醇混合燃料對(duì)空氣的卷吸能力與柴油相似。這在某種程度上也表明了柴油-PODE-乙醇混合燃料能夠方便地在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重大修改。圖中還表明了噴霧壓力越大，燃料的SPA越大。噴霧壓力越大，提供給燃油的初始動(dòng)量和動(dòng)能會(huì)更大。

而對(duì)于生物柴油-PODE混合燃料，相同時(shí)刻下PODE混合燃料的SPA要大于生物柴油，并且混合燃料中PODE的比例越高SPA越大。這種差異隨著時(shí)間的發(fā)展和噴霧壓力的降低更加明顯?；旌先剂暇哂斜壬锊裼偷偷酿ざ龋谂c外界空氣相互作用中更容易發(fā)生破碎，更細(xì)小的燃油液滴更容易向四周擴(kuò)散，因此PODE混合燃料具有更大的SPA。當(dāng)噴霧壓力較低時(shí)，燃油不易破碎，因此燃料本身物性差異對(duì)破碎的影響就會(huì)更加明顯，這加劇了不同燃料間SPA的差異。

3 結(jié)論

a） 對(duì)于柴油-乙醇-PODE混合燃料，3種燃料的噴霧貫穿距沒(méi)有顯著差異，只有DPE15的STP略低于其他兩種燃料；在生物柴油中添加PODE會(huì)使噴霧貫穿距增大，但是當(dāng)PODE比例超過(guò)20%時(shí)，噴霧貫穿距開(kāi)始減小，呈現(xiàn)先增后減的相似規(guī)律；

b） 在柴油中添加PODE和乙醇可以增加噴霧錐角，改善徑向擴(kuò)散，3種燃料的噴霧投影面積沒(méi)有明顯差異；生物柴油-PODE混合燃料的錐角要明顯大于生物柴油，并且PODE摻混比例越大，錐角也越大，極大地增加了燃料在噴霧過(guò)程與周?chē)諝獾幕旌铣潭龋?/p>

c） 柴油中加入PODE和乙醇對(duì)柴油的SPA影響不大，柴油-PODE-乙醇混合燃料對(duì)空氣的卷吸能力與柴油相似；而對(duì)于生物柴油-PODE混合燃料，相同時(shí)刻下PODE混合燃料的SPA要大于生物柴油，并且混合燃料中PODE比例越高SPA越大，PODE的加入能有效改善生物柴油的噴霧質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 人民網(wǎng).2020年中國(guó)原油進(jìn)口54 238.6萬(wàn)噸價(jià)格震蕩修復(fù)［EB/OL］.（2021-01-27）［2024-03-16］.http：//energy.people.com.cn/n1/2021/0127/c71661-32013215.html.

［2］ Lin M，Zhang X，Wen M，et al.Effects of Unconventional Additives in Gasoline on the Performance of a Vehicle［J］.Energies，2022，15（5）：1-17.

［3］ 蘇健，梁英波，丁麟，等.碳中和目標(biāo)下我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略探討［J］.中國(guó)科學(xué)院院刊，2021，36（9）：1001-1009.

［4］ 胡鞍鋼.中國(guó)實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰目標(biāo)及主要途徑［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2021，21（3）：1-15.

［5］ Chau M Q，Le V V，Le T H，et al.A Review on the Role and Impact of Typical Alcohol Additives in Controlling Emissions from Diesel Engines［J］.International Journal of Renewable Energy Development-Ijred，2022，11（1）：221-236.

［6］ Sharma N，Preuss J，Sjoblom J.Morphological characterization of soot from a compression ignition engine fueled with diesel and an oxygenated fuel［J］.Int J Engine Res，2022，24（3）：1063-1076.

［7］ 魏然，鄭妍妍，劉昉，等.聚甲氧基二甲醚研究及應(yīng)用進(jìn)展［J］.化工學(xué)報(bào)，2021，72（1）：425-439.

［8］ 段旭東，曾東建，袁慧彬，等.噴油策略對(duì)柴油機(jī)燃用正丁醇、聚甲氧基二甲醚、柴油混合燃料燃燒和排放特性的影響［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2023，44（2）：8-16.

［9］ 李寧，趙玉偉，魏衍舉，等.聚甲氧基二甲醚-2燃燒動(dòng)力學(xué)模型及試驗(yàn)研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2024，45（1）：98-108.

［10］ Liu H Y，Wang Z，Wang J X，et al.Improvement of emission characteristics and thermal efficiency in diesel engines by fueling gasoline/diesel/PODEn blends［J］.Energy，2016，97：105-112.

［11］ Liu H Y，Wang Z，Wang J X，et al.Performance，combustion and emission characteristics of a diesel engine fueled with polyoxymethylene dimethyl ethers （PODE3-4）/diesel blends［J］.Energy，2015，88：793-800.

［12］ Liu H Y，Wang Z，Zhang J，et al.Study on combustion and emission characteristics of Polyoxymethylene Dimethyl Ethers/diesel blends in light-duty and heavy-duty diesel engines［J］.Applied Energy，2017，185：1393-1402.

［13］ Liu J，Wang H，Li Y，et al.Effects of diesel/PODE （polyoxymethylene dimethyl ethers） blends on combustion and emission characteristics in a heavy duty diesel engine［J］.Fuel，2016，177：206-216.

［14］ Tong L，Wang H，Zheng Z，et al.Experimental study of RCCI combustion and load extension in a compression ignition engine fueled with gasoline and PODE［J］.Fuel，2016，181：878-886.

［15］ Liu J，Shang H，Wang H，et al.Investigation on partially premixed combustion fueled with gasoline and PODE blends in a multi-cylinder heavy-duty diesel engine［J］.Fuel，2017，193：101-111.

［16］ 楊皓，張永強(qiáng)，李聰，等.基于TEM、FT-IR和XPS的PODE_（2-4）/柴油混合燃料顆粒物特性［J］.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2022，40（1）：38-45.

［17］ Ma Y，Cui L，Ma X，et al.Optical study on spray combustion characteristics of PODE/diesel blends in different ambient conditions［J］.Fuel，2020，272：1-11.

［18］ Duraisamy G，Rangasamy M，Govindan N.A comparative study on methanol/diesel and methanol/PODE dual fuel RCCI combustion in an automotive diesel engine［J］.Renewable Energy，2020，145：542-556.

［19］ Li B，Yoo K H，Wang Z，et al.Experimental and Numerical Study on Autoignition Characteristics of the Gasoline/Diesel/Ethanol and Gasoline/Diesel/PODE/Ethanol Fuels［J］.Energy Fuel，2019，33（11）：11841-11849.

［20］ Huang H，Liu Q，Teng W，et al.Improvement of combustion performance and emissions in diesel engines by fueling n-butanol/diesel/PODE3-4 mixtures［J］.Applied Energy，2018，227：38-48.

［21］ Liu J，F(xiàn)eng L，Wang H，et al.Spray characteristics of gasoline/PODE and diesel/PODE blends in a constant volume chamber［J］.Applied Thermal Engineering，2019，159：1-10.

［22］ Li D，Gao Y，Liu S，et al.Effect of polyoxymethylene dimethyl ethers addition on spray and atomization characteristics using a common rail diesel injection system［J］.Fuel，2016，186：235-247.

［23］ Huang H，Teng W，Li Z，et al.Improvement of emission characteristics and maximum pressure rise rate of diesel engines fueled with n-butanol/PODE3-4/diesel blends at high injection pressure［J］.Energy Convers Manage，2017，152：45-56.

［24］ 劉雨霞，徐加霸，張強(qiáng)斌，等.我國(guó)餐廚廢油制取生物柴油的開(kāi)發(fā)應(yīng)用進(jìn)展與展望［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2021，40（7）：2243-2250.

［25］ Mohsin R，Majid Z A，Shihnan A H，et al.Effect of biodiesel blends on engine performance and exhaust emission for diesel dual fuel engine［J］.Energ Convers Manage，2014，88：821-828.

［26］ Tomic M，Savin L，Micic R，et al.Possibility of using biodiesel from sunflower oil as an additive for the improvement of lubrication properties of low-sulfur diesel fuel［J］.Energy，2014，65：101-108.

［27］ Knothe G，Razon L F.Biodiesel fuels［J］.Prog Energ Combust，2017，58：36-59.

［28］ Liu Y，Tian J，Li F，et al.Spray characteristics of biodiesel-polyoxymethylene dimethyl ethers （PODE） blends in a constant volume chamber［J］.Combustion Science and Technology，2022，195（16）：4069-4091.

［29］ Zaharin M S M，Abdullah N R，Najafi G，et al.Effects of physicochemical properties of biodiesel fuel blends with alcohol on diesel engine performance and exhaust emissions：A review［J］.Renew Sust Energ Rev，2017，79：475-493.

［30］ Emiroglu A O，Sen M.Combustion，performance and emission characteristics of various alcohol blends in a single cylinder diesel engine［J］.Fuel，2018，212：34-40.

［31］ 徐通模，惠世恩.燃燒學(xué)［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［32］ 劉國(guó)棟.液體燃料和液化燃料噴霧特性的比較性研究［D］.煙臺(tái)：煙臺(tái)大學(xué)，2023.

［33］ Lefebvre A H，Mcdonell V G.Atomization and sprays［M］.Boca Raton：CRC press，2017.

［34］ Hawi M，Kosaka H，Sato S，et al.Effect of injection pressure and ambient density on spray characteristics of diesel and biodiesel surrogate fuels［J］.Fuel，2019，254（10）：1-14.

Spray Characteristics of Polyoxymethylene Dimethyl Ethers Blended Fuels

ZHOU Yu¹，XIONG Yaxin¹，LIN Qizhao²

（1.School of Physics and Electrical Engineering，Liupanshui Normal University，Liupanshui 553004，China;2.School of Engineering Science，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China）

Abstract： The development of alternative fuels is an important means to alleviate petroleum energy shortage and environmental pollution. Among numerous alternative fuels， oxygen-containing fuels have been greatly developed because of their renewability， low carbon content， and ability to reduce exhaust emission. Polyoxymethylene dimethyl ethers （PODE）， ethanol and biodiesel are all oxygen-containing alternative fuels with great development potential. In actual engines， the spray behavior of alternative fuels directly affects the subsequent combustion and emission process. PODE can be used as a solvent aid for diesel-ethanol fuel and can make up for the shortcomings of high viscosity and low volatility of biodiesel， the spray characteristics of diesel-ethanol-PODE and biodiesel-PODE blended fuels were hence studied in a constant volume combustion chamber. The results show that the spray tip penetration （STP） is little influenced after mixing PODE in blended fuel with diesel， and first increases and then decreases with the increase of PODE in blended fuel with biodiesel. Adding PODE and ethanol to diesel can increase the spray cone angle （SCA） and improve the radial diffusion， but has little effect on the diesel spray projected area （SPA） ， and the entrainment ability of blended fuel to air is similar to that of diesel. Adding PODE to biodiesel significantly increase the spray cone angle and spray projected area of blended fuel， which can effectively improve the spray quality of biodiesel.

Key words： polyoxymethylene dimethyl ethers （PODE）;ethanol;biodiesel;diesel;spray characteristics;spray tip penetration;spray cone angle

［編輯：姜曉博］