聚甲氧基二甲醚混合燃料噴霧特性試驗研究

摘要：發展替代燃料是緩解石油能源短缺和環境污染的重要手段，在眾多替代燃料中，含氧燃料因為其可再生、含碳量較低、能降低尾氣排放等優勢，得到了極大的發展。聚甲氧基二甲醚（PODE）、乙醇和生物柴油都是極具發展潛力的含氧替代燃料。在實際發動機中，替代燃料的噴霧行為直接影響后續的燃燒與排放過程。考慮到PODE可作為柴油-乙醇燃料的助溶劑，同時能彌補生物柴油高黏度和低揮發性的缺點，分別對柴油-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行了研究。結果表明：在柴油中添加PODE對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），改善徑向擴散，但對柴油的噴霧投影面積（SPA）影響不大，混合燃料對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量。

關鍵詞：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

中圖分類號：TK421.2 文獻標志碼：B 文章編號：1001-2222（2024）05-0025-07

我國能源結構長期處于“多煤少油”的狀態，石油長期嚴重依賴進口。據統計，即便是在新冠疫情的巨大沖擊下，2020年我國進口原油仍達到了5.42億t，總金額達12 218億元^［1］。可見，我國的石油能源供需關系嚴重失衡，石油資源的短缺問題也愈加突出。另一方面，龐大的機動車數量帶來的環境污染問題也嚴重影響著我們的生活。為了緩解環境污染帶來的問題，國家也陸續頒布了越加嚴格的排放標準和法規，對新生產和已生產的各種機動車的排放量均進行了限制，力圖從源頭上預防和控制污染物排放，在愈加嚴格的排放標準下，控制機動車污染物排放已經刻不容緩。

使用車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狀，尋找車用替代燃料是同時緩解這兩個問題的重要手段^［2］。在當今我國“碳達峰”、“碳中和”的大背景下^［3-4］，發展低碳、高熱值的車用燃料是未來主要的發展方向。在眾多替代燃料中，含氧燃料因為其可再生、含碳量相對較低、能極大降低尾氣排放等優勢，受到廣泛關注^［5-6］。近幾年來，一種新型的含氧燃料——聚甲氧基二甲醚（PODE），開始出現在人們的視野^［7］。PODEn是具有一般結構式CHO（CHO）nCH的醚類有機物（n為聚合度），具有很多獨特優良的物理化學性質，如極高的含氧量、十六烷值高、揮發性好，能改善燃空混合質量，具有很強的降低污染物排放的能力^［8-9］。同時，PODE能夠降低發動機工作時的最大壓力升高率^［10］，并提高燃燒效率和發動機效率^［11-12］，被認為是一種極具發展潛力的優良的新型柴油添加劑^［13-14］。

到目前為止，各國學者對PODE的應用及燃燒排放特性做了大量的研究工作，PODE在顯著改善發動機燃燒性能方面的優勢已經得到了廣泛驗證。Liu^［15］、楊皓^［16］、Ma^［17］等的研究結果表明，摻混PODE可以極大地提高燃燒穩定性和燃燒效率，降低著火延遲。Duraisamy^［18］、Li^［19］、Huang^［20］等通過研究發現，使用PODE能夠明顯改善燃料著火特性，增大缸內峰值壓力，提高燃燒時的制動熱效率和燃燒效率，降低HC，CO和碳煙的排放。

然而，迄今為止，有關PODE燃料的噴霧特性研究卻較為少見，目前僅見于Liu等^［21］、Li等^［22］和Huang等^［23］的研究工作中。Liu^［21］等在定容彈中對汽油-PODE和柴油-PODE混合燃料的噴霧特性進行了試驗研究。結果表明，PODE的加入會增大汽油、柴油的貫穿距和噴霧錐角。對于燃料蒸發態噴霧下的液相貫穿距，由于PODE的揮發性小于汽油而大于柴油，故摻混PODE會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PODE-柴油混合燃料噴霧的宏觀與微觀特性進行了試驗研究。結果表明，燃料噴霧貫穿距隨著燃料PODE比例的增加而減小。對于噴霧錐角，由于PODE黏度更小，當PODE比例為0，20%，50%時，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較大密度對噴霧錐角的影響更大所致。另外PODE的加入會增大噴霧投影面積，而噴嘴孔直徑對其影響不大。對于噴霧液滴直徑，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均會增大噴霧貫穿距，而對噴霧錐角無明顯影響。

生物柴油十六烷值高、本身含氧^［24］，可通過酯交換從動植物脂肪中獲取^［25］，原料來源廣泛，合成工藝簡單，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極大地影響噴霧過程燃料的破碎和霧化，從而降低燃燒的質量，甚至導致發動機沉積物產生^［27］。

鑒于PODE在改善發動機燃燒性能方面的優勢^［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］部分替代傳統柴油，利用紋影法和圖像處理技術對非蒸發環境下柴油-乙醇-PODE混合燃料噴霧過程中噴霧貫穿距、噴霧錐角、噴霧投影面積和液核區占比等噴霧特性進行試驗測試，此外，針對生物柴油低溫流動性差的缺點，還研究了PODE摻混生物柴油對燃料噴霧特性的影響。

1 試驗裝置、材料及方法

試驗裝置由高壓共軌噴射系統、定容燃燒室和紋影光路系統構成，如圖1所示。電控高壓共軌燃油噴射系統用來精準控制噴射參數，可提供50～160 MPa的穩定噴霧壓力。油箱中的燃料被高壓油泵吸入，經過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。

光路系統基于紋影法的光學原理，通過將光源、透鏡、高速相機等光學元件按照一定的順序和位置搭建而成。光源發出的光線經由透鏡后聚焦，照射在光柵上，光柵上帶有一個小孔，光線通過小孔后形成點光源。點光源通過左透鏡后成為平行光線，平行光線通過透明的石英玻璃視窗進入定容室內，穿過流體測試區域時發生光線偏轉，從而記錄了燃油噴霧的形狀信息。定容室出來的光線經過右透鏡后又重新聚焦，被刀口切割后進入高速相機中成像獲得噴霧的紋影圖像。高速相機的型號為Photron FASTCAM SA5 1000K-M3，拍攝速度最高可達1 000 000 幀/s。在本試驗中相機速度設置為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作為基礎燃料，柴油為0號柴油，乙醇為無水乙醇，生物柴油的主要有效成分為利用大豆油生產的脂肪酸甲酯。PODE分別由質量分數為32.4%，46.3%和21.3%的PODE3、PODE4、PODE5組成。

為了方便分析試驗結果，對所有試驗燃料的物性參數進行了測定。試驗燃料的密度、黏度和表面張力分別采用FA604B高精度電子天平、DV3TLVCJ0黏度計和CNSHP BZY-2全自動表面張力儀測得，測量按照中國國家標準在20 ℃環境溫度下進行，化學計量空燃比根據物性參數經驗公式計算得到。燃料的主要物理化學性質如表1所示。

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

試驗在噴霧壓力90 MPa，120 MPa和環境壓力3 MPa下進行，燃料溫度與環境溫度均為常溫300 K，環境氣氛為氮氣氛圍，研究燃料在非蒸發條件下的噴霧特性。為了減小隨機誤差，所有試驗工況下均進行5次重復試驗，計算5次試驗結果的標準差以驗證試驗數據的可靠性和可重復性，最終結果取平均值。

使用基于Pascal語言編寫的程序對高速相機獲得的噴霧過程灰度圖像進行批量處理。高速相機獲得的灰度圖像經過裁剪后作為原始圖像，將原始圖像的灰度值與噴霧開始前的背景圖像逐個像素進行對比：定義灰度差值大于40的像素為噴霧區域，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。根據最終圖像以及事先標定的像素尺寸值計算出噴霧宏觀特性參數。

圖3示出了噴霧特性參數的定義。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中最基礎，也是最重要的一個參數，它反映了燃油噴霧的發展過程以及最終發展狀態，對判斷燃空混合情況以及“濕壁”現象是否發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間的發展情況。燃料離開噴嘴時具有較大的動量，隨著噴霧的進行，燃料逐漸破碎成細小液滴并向周邊擴散，這時燃料受到的環境氣體的阻力也越來越大，因而圖中幾種燃料STP的發展呈現出先快后慢的相似規律。

對于柴油-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。這是因為DP20和DPE15的密度稍大于純柴油，具有更大的慣性，在穿透過程中速度減弱得更慢，這對燃料STP起增大作用。另一方面，DP20和DPE15的黏度小于柴油，在與周圍空氣相互作用的過程中更容易發生破碎，液滴尺寸更小的燃油在穿透過程中受到更大的阻力，這最終對燃料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的黏度最小（比D100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。在噴霧發展初期（0.25 ms之前），4種燃料的STP無明顯區別。然而在噴霧發展的中后期，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PODE摻混比例達到20%時，隨著PODE的繼續加入，燃料STP又開始減小。相同時刻下B20的STP最大，B30的STP接近純生物柴油B0。在噴霧初期，液體燃料剛離開噴嘴還未破碎完全，并以最大的貫穿速度向前發展，此階段燃料STP的發展主要取決于離開噴嘴時獲得的初始速度，而受燃料本身物性差異的影響不大。隨著噴霧的進一步發展，燃料逐漸破碎，受到環境氣體的阻力增大，噴霧貫穿速度開始迅速減小，混合燃料物性的差異開始影響著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的黏度遠小于生物柴油，而黏度是影響破碎過程的重要因素，黏度越小的燃油越容易破碎成細小液滴^［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，當混合燃料中PODE比例升高到一定程度時，黏度等影響破碎的因素開始取代密度成為影響噴霧貫穿速度的主要因素，此時繼續加入PODE混合燃料的STP會減小，這就導致了燃料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的共同影響，各試驗工況下生物柴油-PODE混合燃料的STP隨著PODE比例的增加呈現先增后減小的相似規律。

2.2 噴霧錐角

噴霧錐角作為描述燃料宏觀噴霧形態的又一重要參數，在燃空混合度及氣體卷吸量等各種數學模型中得到了廣泛應用，因此研究不同燃料對SCA的影響具有極大的現實意義。圖5示出不同燃料的SCA在整個噴霧過程的發展情況比較。隨著液體燃料從噴嘴噴出，SCA先是迅速增大到峰值，然后開始慢慢下降，經過短暫的波動后逐漸穩定。燃料剛離開噴嘴時還沒有破碎完全，僅是破碎成液柱、液絲或者是大塊的液滴，這個過程稱為初級破碎^［32］。這個階段還處在燃油霧化的初期，SCA具有較高值和不穩定的特點。隨著噴霧的發展，燃油噴霧在自身內力和外界環境阻力共同作用下進一步破碎成細小的液滴，直到完全霧化，這個過程稱為二次破碎^［33］。在這個階段噴霧形態逐漸穩定，軸向與徑向的擴散也逐漸均勻，因此在噴霧場的中遠處SCA具有較為穩定的值。從圖中還可以看出，噴霧壓力對燃料噴霧錐角的影響不大，說明噴霧錐角對噴霧壓力不敏感，這與先前文獻中的研究結果^［34］一致。

從圖中可以看出，噴霧初期的SCA不穩定性，因此遠場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和乙醇的加入對柴油或生物柴油SCA的影響，選用噴射時間0.5 ms到噴射結束階段的SCA值進行分析，通過計算這個階段SCA的平均值得到平均噴霧錐角，如圖6所示。

對于柴油-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散的結果，DP20的黏度低于柴油，而表面張力與柴油相似，因此在燃料噴霧過程中，DP20比D100更容易破碎成細小的液滴。較小的液滴具有更強的徑向擴散性，這導致DP20的徑向擴散大于D100，產生了更大的噴霧錐角。同樣，DPE15的黏度和表面張力小于DP20，更容易發生破碎，因此DPE15的錐角更大。結果表明，PODE和乙醇的加入改善了柴油的擴散性，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小（B30的黏度比生物柴油B0小45%），較小的黏度使得燃料在與周圍環境的相互作用下更容易破碎。當液體燃料破碎成更細小的液滴時，噴霧在貫穿過程中受到外界空氣的影響更大，這有利于噴霧的徑向擴散。由噴霧錐角的定義可知，更強的徑向擴散導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程與周圍空氣的混合程度，這一特性也有利于混合燃料在實際柴油機中噴霧后續的燃燒與排放過程。

2.3 噴霧投影面積

噴霧投影面積是燃油在噴霧場中擴散能力的直接表現，也可說明燃油噴霧與周圍空氣的混合情況。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，僅當噴霧壓力為90 MPa，環境壓力為3 MPa時， DPE15的SPA大于DP20和D100。說明在柴油中加入PODE和乙醇對柴油的SPA影響不大，柴油-PODE-乙醇混合燃料對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動機上應用，不需要對發動機結構進行重大修改。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量和動能會更大。

而對于生物柴油-PODE混合燃料，相同時刻下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。這種差異隨著時間的發展和噴霧壓力的降低更加明顯。混合燃料具有比生物柴油低的黏度，在與外界空氣相互作用中更容易發生破碎，更細小的燃油液滴更容易向四周擴散，因此PODE混合燃料具有更大的SPA。當噴霧壓力較低時，燃油不易破碎，因此燃料本身物性差異對破碎的影響就會更加明顯，這加劇了不同燃料間SPA的差異。

3 結論

a） 對于柴油-乙醇-PODE混合燃料，3種燃料的噴霧貫穿距沒有顯著差異，只有DPE15的STP略低于其他兩種燃料；在生物柴油中添加PODE會使噴霧貫穿距增大，但是當PODE比例超過20%時，噴霧貫穿距開始減小，呈現先增后減的相似規律；

b） 在柴油中添加PODE和乙醇可以增加噴霧錐角，改善徑向擴散，3種燃料的噴霧投影面積沒有明顯差異；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程與周圍空氣的混合程度；

c） 柴油中加入PODE和乙醇對柴油的SPA影響不大，柴油-PODE-乙醇混合燃料對空氣的卷吸能力與柴油相似；而對于生物柴油-PODE混合燃料，相同時刻下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量。

參考文獻：

［1］ 人民網.2020年中國原油進口54 238.6萬噸價格震蕩修復［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.碳中和目標下我國能源發展戰略探討［J］.中國科學院院刊，2021，36（9）：1001-1009.

［4］ 胡鞍鋼.中國實現2030年前碳達峰目標及主要途徑［J］.北京工業大學學報（社會科學版），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用進展［J］.化工學報，2021，72（1）：425-439.

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

［9］ 李寧，趙玉偉，魏衍舉，等.聚甲氧基二甲醚-2燃燒動力學模型及試驗研究［J］.內燃機工程，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，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］.內燃機學報，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，Feng 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，張強斌，等.我國餐廚廢油制取生物柴油的開發應用進展與展望［J］.生態學雜志，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［M］.2版.北京：機械工業出版社，2011.

［32］ 劉國棟.液體燃料和液化燃料噴霧特性的比較性研究［D］.煙臺：煙臺大學，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］