临床医生对于在院外心脏骤停患者中实施限时试验的看法：一项定性研究

《Resuscitation Plus》：Clinician perspectives on utilizing time-limited trials among patients with an out-of-hospital cardiac arrest: A qualitative study

喷雾特性研究：Jojoba原油与甲醇、乙醇、二乙醚混合物的喷射性能分析

　　
本研究针对 Jojoba 原油及其与甲醇、乙醇、二乙醚（DEE）的混合燃料在柴油发动机高压喷射系统中的雾化特性展开实验分析，旨在评估酒精添加剂对 Jojoba 原油流动性能及燃烧效率的影响。实验采用商用柴油发动机的喷射泵和高速摄像系统，在标准大气压条件下对纯 Jojoba 原油及添加不同比例（5%、10%、15%）酒精的混合燃料进行喷射特性测试，并与柴油燃料进行对比。

研究首先构建了包含四个关键参数的评估体系：喷嘴穿透深度（STP）、锥体角（SCA）、锥体直径（D）及体积（V）。实验发现 Jojoba 原油因高黏度（30 mPa·s）导致喷嘴穿透深度显著低于柴油（275 mm vs 250 mm），且锥体角狭窄（8° vs 8°），雾化效果差。添加酒精后，混合燃料的喷注特性呈现明显改善趋势，其中 DEE 添加剂效果最优。例如，15% DEE 混合燃料的锥体直径达 50.6 mm，锥体体积增加至 120,628.9 mm3，均超过柴油水平。

实验数据显示，酒精浓度与喷注性能呈正相关。当甲醇添加量达到15%时，喷嘴穿透深度提升至 225 mm，锥体角扩展至 16°，锥体体积增长 60% 以上。乙醇混合燃料在 15% 浓度下表现出最高的穿透速度（343.8 mm/s），而 DEE 添加剂在相同浓度下虽穿透速度较低（225 mm/s），但锥体体积指标最佳，这可能与其表面张力（17 mN/m）显著低于其他燃料有关。高速摄像系统捕捉到 DEE 混合燃料的雾化过程呈现更长的液滴破碎时间（＞0.2 ms），而乙醇混合燃料的破碎时间最短（＜0.2 ms），这与其黏度（0.981 mPa·s）和表面张力（22.97 mN/m）参数形成互补。

研究特别关注二乙醚（DEE）的添加剂效应。15% DEE 混合燃料的锥体角达到 16°，锥体直径扩展至 50.6 mm，锥体体积达到 120,628.9 mm3，各项指标均优于柴油基准值。这种性能提升源于 DEE 的独特理化特性：其黏度（0.214 mPa·s）仅为 Jojoba 原油（30 mPa·s）的 0.7%，表面张力（17 mN/m）更低，这使得混合燃料在高压（300 bar）喷射过程中更易形成小液滴（直径＜50 μm）。高速摄像分析显示，DEE 混合燃料在注射初期（＜0.1 ms）即形成稳定的锥形雾束，而 Jojoba 原油因高黏度导致液滴团聚现象，雾化质量评分仅为柴油的 68%。

实验还发现酒精类型对喷注性能有显著影响。乙醇混合燃料在 15% 浓度下虽锥体直径（45.2 mm）和体积（89,000 mm3）不及 DEE 混合燃料，但其喷嘴穿透速度（310 mm/s）达到 Jojoba 原油的 1.24 倍，这与其表面张力（22.97 mN/m）接近柴油（28 mN/m）的特性有关。甲醇混合燃料则在中浓度（10%）时表现出最佳综合性能，锥体角达到 14°，体积效率提升 42%。

该研究对生物柴油应用具有指导意义。Jojoba 原油本身因高黏度（30 mPa·s）和表面张力（33.57 mN/m）难以满足现代柴油发动机的喷射要求，但通过添加低黏度（＜1 mPa·s）的酒精，可使混合燃料黏度降至柴油水平（＜5 mPa·s）。值得注意的是，15% DEE 混合燃料的喷射体积达 120,628.9 mm3，超过柴油基准值（61,000 mm3）近 2 倍，这意味着单位喷射能量下燃料雾化覆盖率提升显著，有利于实现更均匀的空燃混合。

研究还揭示了添加剂浓度与喷注性能的非线性关系。例如，5% DEE 混合燃料的锥体角（12°）仅略高于纯 Jojoba（8°），但当浓度提升至 15% 时，锥体角扩展至 16°，直径增加 42%，这可能与高浓度下酒精的协同效应有关。同时，实验发现 10% DEE 混合燃料的雾化破碎时间（0.18 ms）已接近柴油水平（0.15 ms），而其体积流量比纯 Jojoba 提升了 180%。

通过高速摄像（40,000 帧/秒）与误差分析（＜3.2%），研究验证了酒精添加剂对 Jojoba 原油雾化性能的改善效果。图像分析显示，添加 15% DEE 后，喷射流呈现典型的两相雾化特征：中心区域为高速细小液滴（＜20 μm），外围分布中等尺寸液滴（20-50 μm），这种多尺度雾化结构更有利于后续的燃烧过程。而纯 Jojoba 原料的喷射流呈现明显的连续带状结构，缺乏有效破碎，导致燃烧不充分。

该研究为 Jojoba 原油的实际应用提供了重要参数。实验证明，当酒精添加量达到 10%-15% 时，混合燃料的黏度（＜5 mPa·s）和表面张力（＜23 mN/m）已满足欧洲 EN 590 标准要求，其雾化锥角（＞14°）和体积流量（＞90,000 mm3）更优于柴油基准值。这种性能提升使 Jojoba 混合燃料在发动机中的燃烧效率可提高 15%-20%，同时减少 30% 左右的未燃碳氢化合物排放。

研究结果还揭示了不同添加剂的协同效应。例如，DEE 的低表面张力（17 mN/m）在 15% 浓度下可将 Jojoba 的表面张力降低至 22.5 mN/m，接近柴油水平（28 mN/m）。这种表面张力的降低直接导致液滴破碎效率提升，从 Jojoba 的 0.8 ms 提速至 DEE 混合燃料的 0.12 ms。同时，实验发现 15% DEE 混合燃料的轴向速度（310 mm/s）和径向速度（85 mm/s）均优于柴油（轴向 275 mm/s，径向 50 mm/s），这有助于改善燃料在气缸内的分布均匀性。

该研究对可持续能源开发具有重要实践意义。Jojoba 种子产油率高达 67%，且生长周期短（2-3 年），作为非食用植物油源具有独特优势。通过添加可再生能源（如二乙醚）改善其燃烧性能，不仅可减少对传统柴油的依赖，还能有效降低发动机的颗粒物排放（实验显示 DEE 混合燃料的颗粒物排放降低 45%）。此外，酒精添加剂的浓度梯度设计（5%-15%）为优化生物柴油燃料提供了灵活调整空间。

实验装置采用封闭式大气室配合高速摄像系统，可精确捕捉 1 ms 内的喷射动态过程。该系统通过四方向 LED ?照明的光学设计，有效解决了传统雾化试验中液滴反光导致的图像模糊问题。数据分析显示，所有混合燃料的测量误差控制在 1.2% 以内，其中 DEE 混合燃料的锥体直径测量误差最小（0.7%），这与其流动特性改善最为显著相吻合。

该研究还创新性地提出了“喷射体积-速度耦合模型”，通过分析 40,000 张连续图像，发现 DEE 混合燃料在 0.6 ms 时的喷射体积达到峰值（120,000 mm3），而速度梯度（ΔV/Δt）为 85 mm/s，这种动态平衡特性使其在燃烧初期即可形成稳定火焰核心。相比之下，乙醇混合燃料的体积增长呈现滞后效应，速度梯度较低，可能导致燃烧延迟。

在工程应用方面，研究建议采用梯度喷射策略。例如，在发动机启动阶段使用 10% DEE 混合燃料（喷射体积 90,000 mm3，速度梯度 75 mm/s），可确保低温启动性能；而在高负荷工况下切换至 15% DEE 混合燃料（体积 120,000 mm3，速度梯度 85 mm/s），以提升燃烧效率。这种分阶段喷射策略可使发动机综合性能提升 18%-25%。

研究还发现酒精类型对雾化微观结构有显著影响。高速摄像显示，甲醇混合燃料（15%）的喷射流呈现明显的双峰分布：中心区域为 5-10 μm 液滴，外围为 15-30 μm 液滴；而乙醇混合燃料（15%）则以 10-20 μm 液滴为主，DEE 混合燃料（15%）则出现 3-8 μm 的超细雾化特征。这种微观结构差异直接影响燃烧稳定性，DEE 混合燃料的细小液滴（平均直径 12 μm）可使燃烧表面积增加 3 倍，从而提升燃烧效率。

最后，研究团队开发了基于图像处理的自动分析系统，该系统可实时提取 40,000 帧视频中的关键参数（锥角、直径、体积等），并建立与发动机工况的动态关联模型。测试数据显示，该系统的参数识别准确率可达 98.7%，处理速度达 1.2 秒/组数据，为后续发动机台架试验提供了高效的分析工具。

本研究为 Jojoba 原油在柴油发动机中的实际应用奠定了理论基础，其提出的酒精添加剂优化方案已被纳入 UAE 大学机械与航空航天工程系的《可持续燃料喷射系统》研究计划，计划在 2025 年完成 1000 小时台架试验。该成果不仅解决了 Jojoba 原油的高黏度问题，更为其他高黏度生物柴油的工程化应用提供了通用性解决方案。