双喷射策略下乙醚-柴油混合燃料的宏观喷雾特性研究及其对发动机性能的影响

为优化压燃式(CI)发动机的燃油雾化过程，印度理工学院坎普尔分校研究人员系统研究了乙醚-柴油混合燃料(DEE40)在双喷射策略下的宏观喷雾特性。通过对比基准柴油，发现DEE40在初始阶段具有更快的喷雾穿透速率，但后期因快速蒸发导致液滴长度(LPL)骤减。研究证实1200 bar喷射压力(FIP)和0.15 ms间隔时间(DT)可显著提升喷雾动量，为氧合燃料在发动机中的应用提供了关键参数优化依据。

　　

在追求清洁高效发动机技术的道路上，燃料雾化过程犹如一场精妙的微观芭蕾——每一个液滴的舞动轨迹都直接影响燃烧效率与排放控制。传统柴油发动机面临两难困境：过短的液滴穿透长度(LPL)导致燃油分布不均，过长的LPL又易引发缸壁润湿。更棘手的是，甲醇、乙醇等替代燃料虽能降低排放，却伴随着相分离、低十六烷值(CN)和材料兼容性问题。印度理工学院坎普尔分校(Indian Institute of Technology Kanpur)的科研团队独辟蹊径，将目光投向具有高十六烷值(>85)和自发火特性的二乙醚(DEE)，通过创新性的双喷射策略，在《Fuel》期刊上揭示了这种氧合燃料的喷雾动力学奥秘。

研究采用高速成像与MATLAB图像处理技术，在恒定压力流动腔中模拟发动机环境，系统对比了含40%二乙醚的混合燃料(DEE40)与基准柴油在不同喷射压力(FIP:700/1200 bar)、环境压力(P_amb)和喷射间隔(DT:0.15/0.45 ms)下的喷雾行为。通过量化喷雾尖端穿透长度、锥角面积等宏观参数，结合韦伯数(We)和雷诺数(Re)等无量纲参数分析流体力学特性。

单喷射策略下的燃料特性比较
DEE40在喷射初期展现出"冲刺型"表现：由于密度降低(0.71 vs 0.83 g/cm³)和空化效应增强，初始速度比柴油高18%。但在喷雾演化后期，其高蒸气压(53.3 kPa)导致液滴快速蒸发，使LPL在1.5 ms后反超柴油7%-12%。特别值得注意的是，1200 bar高压下DEE40的径向扩散面积比柴油大23%，证实氧合燃料能形成更均匀的混合气。

双喷射策略的时空博弈
0.15 ms短间隔的"脉冲耦合效应"令人惊艳：第二股喷雾借助第一股创造的空气扰动，穿透速度提升34%。但过短间隔也暴露弊端——液滴碰撞概率增加使平均直径增大15%。而0.45 ms长间隔则展现DEE40的独特优势：二次雾化产生的微米级液滴(＜10 μm)蒸发率高达92%，显著优于柴油的78%。

燃料-参数的交互作用
环境压力升至50 bar时，DEE40的LPL降幅(41%)远超柴油(29%)，揭示其喷雾对阻力的高敏感性。分喷射比(SR)为30:70时，DEE40的喷雾锥角达到28°，比单喷射扩大19%，这种"伞状扩展"效应有利于降低局部富燃料区形成概率。

这项研究不仅建立了DEE混合燃料的喷雾动力学数据库，更创新性地提出"间隔时间-空化效应"协同调控机制。短间隔(0.15 ms)适合冷启动工况以增强喷雾贯穿力，长间隔(0.45 ms)则适用于高负荷工况以优化蒸发效率。尤为重要的是，DEE40展现出的"自蒸发"特性，为破解高环境压力下喷雾过度穿透的行业难题提供了新思路。该成果被同行评价为"首次系统揭示氧合燃料在分喷射中的相变动力学"，其揭示的液滴破碎-蒸发竞争机制，将为新一代智能喷射系统的参数标定提供理论基石。随着全球对低碳燃料需求的激增，这项研究为DEE这类高十六烷值替代燃料的工程化应用扫清了关键技术障碍。