生物柴油溶LPG喷雾特性试验研究

汪月英+耿莉敏

摘 要：在不改变喷油器结构参数、喷射压力和试验背压的前提下，采用马尔文激光粒度分析仪改变液化石油气（LPG）在生物柴油中的掺混比，研究不同的LPG掺混比对生物柴油雾化质量的影响。试验结果表明，LPG的掺混比越大，生物柴油的雾化质量越好。

关键词：柴油；生物柴油；掺混比；雾化质量

中图分类号：TK421+.42 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）22-0002-02

随着石油资源的减少，许多国家都在寻找汽车新能源。生物柴油是一种可再生能源，可以作为发动机的代用燃料，其燃料特性与石化柴油很接近。在不改变柴油机结构的前提下，将生物柴油应用在柴油机上，其动力性接近柴油的，排放特性（NOX排放除外）优于柴油。通过对生物柴油的喷雾特性试验研究发现，生物柴油的雾化质量比柴油差，因此，改善生物柴油的雾化质量就显得尤为重要。本文在生物柴油中掺入不同比例的液态LPG，燃油喷出瞬间由于压力变化，液态LPG迅速汽化析出，促使燃油雾化，从而达到改善生物柴油雾化质量的目的。

1 喷雾特性试验

1.1 试验方案

液化石油气（LPG）在常温常压（20 ℃，0.1 MPa）下以气态形式存在，在常温下的液化压力为0.55 MPa，但是，加压或降温后容易液化。LPG在一定压力下液化后掺混于生物柴油中，LPG的掺混比例分别为0%，10%，20%，即加入的LPG的质量占LPG和生物柴油总质量的0%，10%，20%，记为L0、L10和L20。L0也就是纯生物柴油BD100。试验采用马尔文激光粒度分析仪研究BD100、L10和L20的喷雾特性。试验用喷油器为自制“S”型单孔喷嘴，喷孔直径为 0.366 mm，喷射压力为16 MPa。由于喷嘴出口附近油束紧密，不方便测量，所以，将燃油直接

喷入大气环境中，在轴向距喷嘴L=80 cm处测量。

1.2 试验装置

燃油的喷雾特性评价指标是通过马尔文测量系统获得的。马尔文测量系统主要是由马尔文激光粒度分析仪、计算机和手压喷油泵组成具

2 试验结果和分析

利用马尔文系统测定燃油雾化液滴的体积分布、索特平均直径、特征直径和发散度等，并通过这些评价指标分析燃油的雾化质量。

2.1 雾化液滴的尺寸分布

2.2 雾化液滴的Sauter平均直径

平均直径的定义是：用一个假想液滴尺寸完全均匀、一致的喷雾场来代替实际液滴尺寸不均匀的喷雾场，那么，这个假想的喷雾场里的液滴直径被称为平均直径。平均直径有很多种表示方法，但是，在动力装置的喷雾中，索特平均直径D32是最常用的。

式（1）中：D32——索特平均直径；

d——直径；

N——直径为D的液滴数目，一般情况下Dmin=0.

试验测得，BD100、L10和L20的Sauter平均直径分别为49.13 μm、38.86 μm和36.99 μm。试验结果表明，LPG的掺混比越大，雾化液滴的Sauter平均直径越小。因此，掺混LPG可以减

小燃油的雾化液滴尺寸，起到改善生物柴油雾化质量的效果。这主要是因为，混合燃料从喷嘴喷出后，压力急骤下降，混合燃料中的LPG迅速汽化，发生气爆，雾化液滴内部的气体膨胀力克服了液滴表面的张力，再次发生雾化，减小了液滴的尺寸。

2.3 雾化液滴的特征直径和发散度

小于某一直径的所有液滴体积占全部液滴总体积的百分比用特征直径来表示，将百分比比值作为特征直径的下标。常用的特征直径有D0.1，D0.5，D0.9和D0.999，其中的D0.1表示小于该直径的所有液滴体积占全部液滴总体积的10%，其他以此类推。利用马尔文软件可以直接读出特征直径。BD100的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为33.42，63.11，107.00，198.82，单位为μm；L10的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为26.14，52.47，90.47，167.94，单位为μm；L20的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为25.37，50.51，85.33，141.86，单位为μm。

从结果中可以看出，BD100、L10和L20雾化液滴的特征直径随着LPG掺混比的增加而减小，这说明LPG的掺混比越大，雾化小尺寸液滴的数目越多，雾化液滴细度越好。

为了评价雾化液滴尺寸的发散度，定义了相对尺寸范围和发散边界。相对尺寸范围Δs=（D0.9-D0.1）/D0.5，表示小尺寸液滴的均匀度；发散边界Δb=（D0.999-D0.5）/D0.5，表示大尺寸液滴的均匀度。

BD100、L10与L20的相对尺寸范围Δs分别为1.17，1.22和1.19，BD100、L10与L20的发散边界Δb分别为2.15，2.20和1.81.从结果中可以看出，随着LPG掺混比的增加，雾化液滴的相对尺寸范围Δs和发散边界Δb都是先增加后减小。这说明，雾化液滴在小尺寸范围和大尺寸范围内的均匀性都是先减小后增加。

3 结论

随着LPG掺混比的增加，混合燃料雾化液滴的尺寸体积分布曲线和累积体积分布曲线都偏向小颗粒方向，雾化液滴的Sauter平均直径减小，喷雾细度变好。雾化液滴的相对尺寸范围Δs和发散边界Δb都是先增加后减小，雾化液滴在小尺寸范围和大尺寸范围内的均匀性都是先减小后增加。因此，LPG掺混比越大，雾化液滴尺寸越小，尺寸分布越均匀，雾化质量越好。如果LPG的掺混比过大，会对燃油的黏度和发动机性能有一定的影响，因此，掺混比不宜过大。

参考文献

[1]张旭升，李理光，邓俊，等.生物柴油喷雾特性的试验研究[J].内燃机学报，2007，25（2）：172-176.

[2]汪月英.生物柴油雾化质量的改善方法研究[D].西安：长安大学，2012.

[3]曹建明.喷雾学[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：白洁〕

摘 要：在不改变喷油器结构参数、喷射压力和试验背压的前提下，采用马尔文激光粒度分析仪改变液化石油气（LPG）在生物柴油中的掺混比，研究不同的LPG掺混比对生物柴油雾化质量的影响。试验结果表明，LPG的掺混比越大，生物柴油的雾化质量越好。

关键词：柴油；生物柴油；掺混比；雾化质量

中图分类号：TK421+.42 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）22-0002-02

随着石油资源的减少，许多国家都在寻找汽车新能源。生物柴油是一种可再生能源，可以作为发动机的代用燃料，其燃料特性与石化柴油很接近。在不改变柴油机结构的前提下，将生物柴油应用在柴油机上，其动力性接近柴油的，排放特性（NOX排放除外）优于柴油。通过对生物柴油的喷雾特性试验研究发现，生物柴油的雾化质量比柴油差，因此，改善生物柴油的雾化质量就显得尤为重要。本文在生物柴油中掺入不同比例的液态LPG，燃油喷出瞬间由于压力变化，液态LPG迅速汽化析出，促使燃油雾化，从而达到改善生物柴油雾化质量的目的。

1 喷雾特性试验

1.1 试验方案

液化石油气（LPG）在常温常压（20 ℃，0.1 MPa）下以气态形式存在，在常温下的液化压力为0.55 MPa，但是，加压或降温后容易液化。LPG在一定压力下液化后掺混于生物柴油中，LPG的掺混比例分别为0%，10%，20%，即加入的LPG的质量占LPG和生物柴油总质量的0%，10%，20%，记为L0、L10和L20。L0也就是纯生物柴油BD100。试验采用马尔文激光粒度分析仪研究BD100、L10和L20的喷雾特性。试验用喷油器为自制“S”型单孔喷嘴，喷孔直径为 0.366 mm，喷射压力为16 MPa。由于喷嘴出口附近油束紧密，不方便测量，所以，将燃油直接

喷入大气环境中，在轴向距喷嘴L=80 cm处测量。

1.2 试验装置

燃油的喷雾特性评价指标是通过马尔文测量系统获得的。马尔文测量系统主要是由马尔文激光粒度分析仪、计算机和手压喷油泵组成具

2 试验结果和分析

利用马尔文系统测定燃油雾化液滴的体积分布、索特平均直径、特征直径和发散度等，并通过这些评价指标分析燃油的雾化质量。

2.1 雾化液滴的尺寸分布

2.2 雾化液滴的Sauter平均直径

平均直径的定义是：用一个假想液滴尺寸完全均匀、一致的喷雾场来代替实际液滴尺寸不均匀的喷雾场，那么，这个假想的喷雾场里的液滴直径被称为平均直径。平均直径有很多种表示方法，但是，在动力装置的喷雾中，索特平均直径D32是最常用的。

式（1）中：D32——索特平均直径；

d——直径；

N——直径为D的液滴数目，一般情况下Dmin=0.

试验测得，BD100、L10和L20的Sauter平均直径分别为49.13 μm、38.86 μm和36.99 μm。试验结果表明，LPG的掺混比越大，雾化液滴的Sauter平均直径越小。因此，掺混LPG可以减

小燃油的雾化液滴尺寸，起到改善生物柴油雾化质量的效果。这主要是因为，混合燃料从喷嘴喷出后，压力急骤下降，混合燃料中的LPG迅速汽化，发生气爆，雾化液滴内部的气体膨胀力克服了液滴表面的张力，再次发生雾化，减小了液滴的尺寸。

2.3 雾化液滴的特征直径和发散度

小于某一直径的所有液滴体积占全部液滴总体积的百分比用特征直径来表示，将百分比比值作为特征直径的下标。常用的特征直径有D0.1，D0.5，D0.9和D0.999，其中的D0.1表示小于该直径的所有液滴体积占全部液滴总体积的10%，其他以此类推。利用马尔文软件可以直接读出特征直径。BD100的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为33.42，63.11，107.00，198.82，单位为μm；L10的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为26.14，52.47，90.47，167.94，单位为μm；L20的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为25.37，50.51，85.33，141.86，单位为μm。

从结果中可以看出，BD100、L10和L20雾化液滴的特征直径随着LPG掺混比的增加而减小，这说明LPG的掺混比越大，雾化小尺寸液滴的数目越多，雾化液滴细度越好。

为了评价雾化液滴尺寸的发散度，定义了相对尺寸范围和发散边界。相对尺寸范围Δs=（D0.9-D0.1）/D0.5，表示小尺寸液滴的均匀度；发散边界Δb=（D0.999-D0.5）/D0.5，表示大尺寸液滴的均匀度。

BD100、L10与L20的相对尺寸范围Δs分别为1.17，1.22和1.19，BD100、L10与L20的发散边界Δb分别为2.15，2.20和1.81.从结果中可以看出，随着LPG掺混比的增加，雾化液滴的相对尺寸范围Δs和发散边界Δb都是先增加后减小。这说明，雾化液滴在小尺寸范围和大尺寸范围内的均匀性都是先减小后增加。

3 结论

随着LPG掺混比的增加，混合燃料雾化液滴的尺寸体积分布曲线和累积体积分布曲线都偏向小颗粒方向，雾化液滴的Sauter平均直径减小，喷雾细度变好。雾化液滴的相对尺寸范围Δs和发散边界Δb都是先增加后减小，雾化液滴在小尺寸范围和大尺寸范围内的均匀性都是先减小后增加。因此，LPG掺混比越大，雾化液滴尺寸越小，尺寸分布越均匀，雾化质量越好。如果LPG的掺混比过大，会对燃油的黏度和发动机性能有一定的影响，因此，掺混比不宜过大。

参考文献

[1]张旭升，李理光，邓俊，等.生物柴油喷雾特性的试验研究[J].内燃机学报，2007，25（2）：172-176.

[2]汪月英.生物柴油雾化质量的改善方法研究[D].西安：长安大学，2012.

[3]曹建明.喷雾学[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：白洁〕

摘 要：在不改变喷油器结构参数、喷射压力和试验背压的前提下，采用马尔文激光粒度分析仪改变液化石油气（LPG）在生物柴油中的掺混比，研究不同的LPG掺混比对生物柴油雾化质量的影响。试验结果表明，LPG的掺混比越大，生物柴油的雾化质量越好。

关键词：柴油；生物柴油；掺混比；雾化质量

中图分类号：TK421+.42 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）22-0002-02

随着石油资源的减少，许多国家都在寻找汽车新能源。生物柴油是一种可再生能源，可以作为发动机的代用燃料，其燃料特性与石化柴油很接近。在不改变柴油机结构的前提下，将生物柴油应用在柴油机上，其动力性接近柴油的，排放特性（NOX排放除外）优于柴油。通过对生物柴油的喷雾特性试验研究发现，生物柴油的雾化质量比柴油差，因此，改善生物柴油的雾化质量就显得尤为重要。本文在生物柴油中掺入不同比例的液态LPG，燃油喷出瞬间由于压力变化，液态LPG迅速汽化析出，促使燃油雾化，从而达到改善生物柴油雾化质量的目的。

1 喷雾特性试验

1.1 试验方案

液化石油气（LPG）在常温常压（20 ℃，0.1 MPa）下以气态形式存在，在常温下的液化压力为0.55 MPa，但是，加压或降温后容易液化。LPG在一定压力下液化后掺混于生物柴油中，LPG的掺混比例分别为0%，10%，20%，即加入的LPG的质量占LPG和生物柴油总质量的0%，10%，20%，记为L0、L10和L20。L0也就是纯生物柴油BD100。试验采用马尔文激光粒度分析仪研究BD100、L10和L20的喷雾特性。试验用喷油器为自制“S”型单孔喷嘴，喷孔直径为 0.366 mm，喷射压力为16 MPa。由于喷嘴出口附近油束紧密，不方便测量，所以，将燃油直接

喷入大气环境中，在轴向距喷嘴L=80 cm处测量。

1.2 试验装置

燃油的喷雾特性评价指标是通过马尔文测量系统获得的。马尔文测量系统主要是由马尔文激光粒度分析仪、计算机和手压喷油泵组成具

2 试验结果和分析

利用马尔文系统测定燃油雾化液滴的体积分布、索特平均直径、特征直径和发散度等，并通过这些评价指标分析燃油的雾化质量。

2.1 雾化液滴的尺寸分布

2.2 雾化液滴的Sauter平均直径

平均直径的定义是：用一个假想液滴尺寸完全均匀、一致的喷雾场来代替实际液滴尺寸不均匀的喷雾场，那么，这个假想的喷雾场里的液滴直径被称为平均直径。平均直径有很多种表示方法，但是，在动力装置的喷雾中，索特平均直径D32是最常用的。

式（1）中：D32——索特平均直径；

d——直径；

N——直径为D的液滴数目，一般情况下Dmin=0.

试验测得，BD100、L10和L20的Sauter平均直径分别为49.13 μm、38.86 μm和36.99 μm。试验结果表明，LPG的掺混比越大，雾化液滴的Sauter平均直径越小。因此，掺混LPG可以减

小燃油的雾化液滴尺寸，起到改善生物柴油雾化质量的效果。这主要是因为，混合燃料从喷嘴喷出后，压力急骤下降，混合燃料中的LPG迅速汽化，发生气爆，雾化液滴内部的气体膨胀力克服了液滴表面的张力，再次发生雾化，减小了液滴的尺寸。

2.3 雾化液滴的特征直径和发散度

小于某一直径的所有液滴体积占全部液滴总体积的百分比用特征直径来表示，将百分比比值作为特征直径的下标。常用的特征直径有D0.1，D0.5，D0.9和D0.999，其中的D0.1表示小于该直径的所有液滴体积占全部液滴总体积的10%，其他以此类推。利用马尔文软件可以直接读出特征直径。BD100的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为33.42，63.11，107.00，198.82，单位为μm；L10的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为26.14，52.47，90.47，167.94，单位为μm；L20的特征直径D0.1，D0.5，D0.9，D0.999分别为25.37，50.51，85.33，141.86，单位为μm。

从结果中可以看出，BD100、L10和L20雾化液滴的特征直径随着LPG掺混比的增加而减小，这说明LPG的掺混比越大，雾化小尺寸液滴的数目越多，雾化液滴细度越好。

为了评价雾化液滴尺寸的发散度，定义了相对尺寸范围和发散边界。相对尺寸范围Δs=（D0.9-D0.1）/D0.5，表示小尺寸液滴的均匀度；发散边界Δb=（D0.999-D0.5）/D0.5，表示大尺寸液滴的均匀度。

BD100、L10与L20的相对尺寸范围Δs分别为1.17，1.22和1.19，BD100、L10与L20的发散边界Δb分别为2.15，2.20和1.81.从结果中可以看出，随着LPG掺混比的增加，雾化液滴的相对尺寸范围Δs和发散边界Δb都是先增加后减小。这说明，雾化液滴在小尺寸范围和大尺寸范围内的均匀性都是先减小后增加。

3 结论

随着LPG掺混比的增加，混合燃料雾化液滴的尺寸体积分布曲线和累积体积分布曲线都偏向小颗粒方向，雾化液滴的Sauter平均直径减小，喷雾细度变好。雾化液滴的相对尺寸范围Δs和发散边界Δb都是先增加后减小，雾化液滴在小尺寸范围和大尺寸范围内的均匀性都是先减小后增加。因此，LPG掺混比越大，雾化液滴尺寸越小，尺寸分布越均匀，雾化质量越好。如果LPG的掺混比过大，会对燃油的黏度和发动机性能有一定的影响，因此，掺混比不宜过大。

参考文献

[1]张旭升，李理光，邓俊，等.生物柴油喷雾特性的试验研究[J].内燃机学报，2007，25（2）：172-176.

[2]汪月英.生物柴油雾化质量的改善方法研究[D].西安：长安大学，2012.

[3]曹建明.喷雾学[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：白洁〕