3.3环境温度对醇类燃料的喷雾特性的影响

图4、图5和图6分别为甲醇、乙醇和正丁醇在背压0.1 MPa、喷射压力20 MPa条件下，喷雾开始后时刻0.2~1.4 ms内，喷雾形态随环境温度变化的对比图。

图4不同环境温度和喷雾开始后时刻下甲醇的喷雾形态

图5不同环境温度和喷雾开始后时刻下乙醇的喷雾形态

图6不同环境温度和喷雾开始后时刻下正丁醇的喷雾形态

喷雾开始后1.0 ms时刻、环境温度为20℃时，3种醇类燃料的喷雾形态无明显差异，此时环境温度较低，均未到达各燃料的沸点，图像中的各路醇束较为清晰，无明显蒸发和互相干涉现象。环境温度升高至70℃，此时已超过甲醇的沸点，温度的升高使燃料的动力黏度和密度减小，表面张力下降，燃料中的分子运动速度加快，分子间距增大，分子之间的作用力减小，液滴更容易破碎，使醇雾更容易产生。温度到达120℃时，3种燃料在喷射过程中都产生了大量醇雾，各支醇束之间相互干涉、重叠，高温环境使喷雾液滴的轴向贯穿动量降低，各燃料的整体喷雾长度略有缩短。3种燃料中，甲醇燃料的喷雾形态所发生的改变十分明显，高温的环境使甲醇产生大量醇雾，同时喷雾向轴线收缩，锥角减小的幅度较大。与乙醇、正丁醇相比，甲醇具有更低沸点和较高挥发性，在喷射过程中液滴受环境空气加热，黏度和表面张力降低，很快发生破碎并转化为气态，形态的转变使液滴的动量减小，从而抑制了喷雾的扩散。

喷雾锥角随环境温度的变化规律如图7所示。由图7可以看出，醇类燃料的喷雾收敛行为具有相似性，3种燃料的喷雾锥角均随着环境温度升高而减小。其中甲醇喷雾的锥角变化尤其明显，相比之下，正丁醇在高温环境中锥角仅显示出小幅度变化。这是由于正丁醇的沸点温度高于甲醇和乙醇，未达到沸点温度时，醇雾形态变化较小，这也再次凸显了燃料特性对喷雾收敛程度的影响。

图7环境温度对醇类燃料喷雾锥角的影响

在试验中发现，高温高压的环境对喷雾形态产生了较大的改变，相比于单种工况，环境温度和背压共同对喷雾形态有着更复杂的影响。图8为3种醇类燃料在不同温度（20℃、70℃、120℃）、不同背压（0.1 MPa、0.7 MPa）的环境下，喷射压力为20 MPa时的喷雾轴向贯穿距的变化。

图8喷射压力为20 MPa时不同温度不同背压对喷雾贯穿距的影响

随着环境压力和温度的上升，各燃料的轴向贯穿距缩短。这是因为当定容弹内的气体压力与温度上升时，燃油液滴的显热会随之增大，加速了燃油的蒸发过程，从而导致喷雾在轴向扩散受到抑制，使喷雾的轴向贯穿距离缩短。

环境温度升高至70℃、120℃时，正如图8（b）和图8（c）呈现出的，正丁醇的喷雾轴向贯穿距高于甲醇和乙醇，这与常温常压的环境条件下完全相反。尽管正丁醇的潜热较低，但环境温度和压力的升高使甲醇和乙醇的过热度高于正丁醇，进而引发更高的显热，提升了甲醇和乙醇的蒸发率，导致醇束发展缓慢。

3个测试条件中，高温状态下正丁醇的喷雾发展最为显著。原因在于正丁醇在高温环境中液体蒸发和液滴破碎程度较小，这得益于正丁醇较大的黏度和表面张力。黏度大的燃料在通过喷孔时的流动性较差，阻力较大，使喷出的液滴颗粒直径较大且不易破碎，从而在喷射时保持了良好的稳定性。表面张力是液体表面分子相互作用力的体现，决定了液体表面的形状和张力大小，表面张力越大，液滴越不易分散，减少了与空气介质的接触面积，从而降低了蒸发速度，保持了良好的液体喷射长度。正丁醇的这一特性在高温环境中为喷雾发展提供了更多的动量，促进了喷雾轴向贯穿距的发展。

4结论

（1）在喷雾特性分析中，3种燃料的喷雾轴向贯穿距和喷雾面积的变化均随着喷射压力的提高而增大，随环境压力的提高而减小；喷雾锥角相比于贯穿距和面积，受喷射压力的影响不够显著，但受环境条件的影响较大，背压的增大使锥角减小，环境温度的升高也会使锥角减小。

（2）相同的环境和喷射条件下，不同醇类燃料喷雾特性的差异大多是由于燃料特性的差异所导致的；燃料的密度、动力黏度、表面张力、沸点温度、汽化潜热等燃料性质是决定喷雾形态发展的关键参数。

（3）在3种醇类燃料中，正丁醇的动力黏度和表面张力较大，在常温常压工况下喷雾发展较慢，但在较高环境压力和温度下喷雾雾化程度较小，这使得正丁醇的醇束长度明显大于甲醇和乙醇，并在喷雾发展过程中保持了良好的稳定性。