甲醇/Jet A-1混合燃料的溶解性与燃烧特性优化：正辛醇与乙醚在贫预混蒸发燃烧器中的协同作用

为解决甲醇与航空燃油Jet A-1的相分离及燃烧稳定性问题，Ahmed I. EL-Seesy团队通过添加正辛醇(n-octanol)和乙醚(DEE)作为共溶剂与点火促进剂，在10-30°C下评估混合燃料的相稳定性，并在贫预混蒸发(LPP)燃烧系统中测试其燃烧性能。研究发现，30°C时正辛醇显著提升混合燃料的互溶性，JMOD1(5%甲醇)和JMOD2(10%甲醇)混合燃料的火焰温度分布更均匀，峰值温度降低100-150K，烟点提高34-44%。该研究为航空燃料的可持续替代方案提供了技术支撑。

　　

航空业面临严峻的碳减排压力，而传统航空燃油Jet A-1的高碳排放和有限的可再生性成为瓶颈。甲醇因其高氧含量(50%质量分数)和可再生特性被视为潜在替代燃料，但其与Jet A-1的相分离、低十六烷值(CN仅3)和高汽化潜热(1109 kJ/kg)严重制约应用。更棘手的是，甲醇的吸湿性会导致混合燃料中出现水合物，进一步恶化燃烧稳定性。如何突破这些技术壁垒，成为清洁航空能源开发的关键科学问题。

针对这一挑战，浙江理工大学的研究团队在《Fuel Processing Technology》发表创新成果。他们创造性提出"双功能添加剂"策略：利用正辛醇(n-octanol)作为共溶剂解决相分离问题，同时引入乙醚(DEE)作为点火促进剂改善燃烧特性。通过系统的相平衡实验和燃烧测试，首次揭示了温度对三元混合体系稳定性的调控规律，并在实际LPP燃烧器中验证了混合燃料的工程适用性。

研究采用三大关键技术：1) 三元相图法测定10/20/30°C下的相边界；2) 热重-差热联用(TGA-DTG)分析燃料热稳定性；3) 配备112点测温阵列的LPP燃烧系统(当量比0.85，空气预热250°C)评估燃烧性能。实验样本包括纯Jet A-1(J100)和两种混合燃料JMOD1(80% Jet A-1+5%甲醇+10%正辛醇+5% DEE)、JMOD2(75% Jet A-1+10%甲醇+10%正辛醇+5% DEE)。

燃料表征
FTIR光谱证实混合燃料中存在明显的-OH(3329 cm^-1)和C-O-C(1028 cm^-1)特征峰，对应甲醇和DEE的含氧官能团。TGA显示JMOD混合燃料呈现两段失重：第一段(35-105°C)对应DEE和甲醇挥发，第二段(215°C)对应正辛醇分解，这种阶梯式挥发特性有利于LPP系统的预蒸发过程。

相稳定性研究
在30°C时，正辛醇仅需10%体积分数即可稳定含10%水的甲醇混合燃料，而纯甲醇体系所需剂量更低。温度每降低10°C，雾状过渡区扩大15-20%，表明低温会显著增加相分离风险。值得注意的是，经过60天储存测试，所有稳定混合物均未出现相分离。

燃烧性能
JMOD2在LPP燃烧器中展现出最佳性能：

1. 火焰核心温度(1968K)比J100(2069K)降低101K，1590K等温线分布区域扩大35%
2. 壁面热点温度降低12%，径向温度梯度缩小40%
3. 烟点值提升44%，表明碳烟生成倾向显著降低
4. 模式因子(PF)在燃烧器出口降至0.15，优于J100的0.22

讨论与意义
该研究突破性地解决了甲醇基航空燃料的两大技术瓶颈：通过正辛醇的长烷基链(C₈H₁₇-)与Jet A-1的相容性，以及羟基(-OH)与甲醇的氢键作用，实现了"双向亲和"；DEE的高十六烷值(CN=120)则有效补偿了甲醇的点火缺陷。工程价值在于：1) JMOD混合燃料可直接用于现有航空发动机；2) 10%甲醇掺混可使全生命周期碳减排约18%；3) 正辛醇的加入将燃料粘度控制在1.88-1.97 cSt(40°C)，满足雾化要求。

这项研究为航空业提供了一条切实可行的低碳技术路径，下一步需开展万小时级耐久性测试和-20°C低温适应性研究。随着绿色甲醇制备技术的发展，这种混合燃料方案有望在2030年前实现商业化应用。