趙汶彬，丁曉倩，楊凱，祁東輝

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，陜西 西安 710064）

前言

近年來(lái)，汽車(chē)尾氣排放的有害氣體成為空氣污染的主要原因，探求節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的新能源技術(shù)及開(kāi)發(fā)代用燃料成為當(dāng)前汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的核心目標(biāo)[1,2]。使用植物油作為替代燃料，能夠改善燃燒過(guò)程[3]，可以直接在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上作為燃料使用，而不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造進(jìn)行改動(dòng)[4]。研究發(fā)現(xiàn)，直接使用植物油或者對(duì)植物油進(jìn)行微乳化形成乳化燃料可以有效降低有害氣體的排放[5,6]，尤其可以使碳煙排放量降低40%[7,8]。

燃料的噴霧是燃料由噴嘴噴射到氣體介質(zhì)中發(fā)生了碎裂，同時(shí)霧化成細(xì)小的液滴顆粒的過(guò)程，燃料的噴霧特性，研究燃料的噴霧特性就顯得至關(guān)重要。文中采用實(shí)驗(yàn)的方法，以桐油和柴油為基礎(chǔ)油（TD），采用微乳化的方法配制不同比例的桐油-柴油-乙醇微乳化燃料，對(duì)微乳化燃料與柴油的宏觀噴霧特性和微觀噴霧特性進(jìn)行對(duì)比研究。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法

實(shí)驗(yàn)把桐油與0#柴油按體積比例為3:7和5:5制備基礎(chǔ)油，再分別對(duì)兩種基礎(chǔ)油與乙醇按體積比7:3和6:4摻混，制備4種微乳化燃料，即PD30E20, PD30E40, PD50E20和PD50E40，用油酸作為表面活性劑、正丁醇作為助溶劑（油酸與正丁醇的體積比為7:3），對(duì)4種微乳化柴油和0#柴油進(jìn)行噴霧研究，試驗(yàn)中使用馬爾文Spraytec噴霧型激光粒度儀測(cè)定索特平均直徑、霧化液滴尺寸分布、霧化液滴特征直徑和發(fā)散度等微觀噴霧特性，利用 Photoshop對(duì)圖像進(jìn)行曝光及測(cè)量處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 霧化液滴尺寸分布

圖1為五種燃料霧化液滴尺寸體積分布圖，由圖可知，在噴霧過(guò)程中，尺寸體積分布的變化是先增加到一定的峰值，再減小，最后趨于平穩(wěn)。所有霧化液滴尺寸都處于 0～180um之間，柴油是五種燃料中峰值出現(xiàn)最早的，在 40um處，TD50E40峰值出現(xiàn)在60um處，是峰值出現(xiàn)最遲的，其余三種燃料峰值都出現(xiàn)在50um處?？梢?jiàn)，在一次噴射過(guò)程中，柴油霧化后的小尺寸液滴顆粒占其總比例更大，TD50E40霧化后的大尺寸液滴顆粒占其總比例更大。

圖1 五種燃料霧化液滴尺寸體積分布圖

2.2 霧化液滴的特征直徑

特征直徑在馬爾文Spraytec激光粒度儀中直接讀取，常選取D0.1、D0.5、D0.9和 D0.999四組特征直徑，表1是五種霧化燃料的特征直徑，可見(jiàn)四組微乳化燃料的各個(gè)特征直徑均大于柴油。在微乳化燃料中，乙醇所占比例增加時(shí)，微乳化燃料特征直徑基本一樣；增加基礎(chǔ)油中桐油的比例時(shí)，各組微乳化燃料的特征直徑也明顯增大。這說(shuō)明，在微乳化燃料中，桐油占比越大，噴霧過(guò)程中產(chǎn)生的大顆粒液滴數(shù)目就越多、小顆粒液滴數(shù)目越少，霧化液滴的特征直徑增大。

表1 五種燃料霧化液滴特征直徑

2.3 霧化液滴的發(fā)散度

液滴的發(fā)散度常用燃料的相對(duì)尺寸范圍△s和發(fā)散邊界△b作為指標(biāo)，

表2是五種燃料霧化液滴相對(duì)尺寸范圍△s和發(fā)散邊界△b，可見(jiàn)柴油的相對(duì)尺寸△s大于四組微乳化燃料、發(fā)散邊界△b小于四組微乳化燃料，說(shuō)明柴油霧化液滴顆粒直徑在較小范圍內(nèi)的發(fā)散度較大、微乳化燃料顆粒直徑在較大范圍內(nèi)發(fā)散度較大。當(dāng)微乳化燃料中桐油占比增加時(shí)，霧化燃料的相對(duì)尺寸范圍變小、發(fā)散邊界變大；當(dāng)基礎(chǔ)油比例一定時(shí)，乙醇占比越大，霧化液滴相對(duì)尺寸范圍△s和發(fā)散邊界△b都增加。

表2 五種燃料霧化液滴相對(duì)尺寸范圍△s和發(fā)散邊界△b

3 結(jié)論

（1）隨著微乳化燃料中桐油含量的增加，霧化液滴的特征直徑增大，相對(duì)尺寸范圍變小、發(fā)散邊界變大，微乳化燃料的霧化質(zhì)量變差。

（2）當(dāng)微乳化燃料中乙醇占比增加時(shí)，噴霧錐角變大，貫穿距離變小，索特平均直徑變小，微乳化燃料特征直徑基本一樣，霧化液滴相對(duì)尺寸范圍△s和發(fā)散邊界△b都增加。

（3）試驗(yàn)所用四組微乳化燃料的各個(gè)特征直徑均大于柴油，柴油霧化液滴顆粒直徑在較小范圍內(nèi)的發(fā)散度較大、微乳化燃料顆粒直徑在較大范圍內(nèi)發(fā)散度較大。