十一烷和正烷基苯：在温度范围（288.15至333.15）K以及压力0.1 MPa下的密度、声速和粘度

本研究测定了十一烷与不同烷基长度的n-烷基苯混合物的密度、粘度和声速，比较了其过量摩尔体积、粘度偏差等性质与烷基环己烷混合物的差异。结果表明，部分混合物的密度符合航空燃油规格，粘度偏差在n-己基苯时最小，过量摩尔体积随烷基链增长而降低，声速和等熵压缩率呈现显著变化，这些特性可用于优化燃料燃烧模型。

　　
本研究系统考察了十一烷与不同链长的n-烷基苯（乙基苯至十三烷基苯）二元混合物的物性特征，为燃料替代模型开发提供实验基础。实验采用高精度 Anton Paar仪器测定密度、声速及粘度，测试温度范围为288.15-333.15 K，压力控制在0.102 MPa。研究重点包括混合物的密度、声速及粘度变化规律，以及过剩摩尔体积、粘度偏差等热力学参数与燃料规格的匹配性分析。

### 1. 密度与声速特性
混合物的密度和声速均随n-烷基苯摩尔分数增加而单调上升。密度数据表明，当n-烷基苯摩尔分数超过0.4时，混合物的密度可达到775-840 kg·m?3，满足ASTM jet fuel（775-840 kg·m?3）和JP-5（788-845 kg·m?3）的规格要求。值得注意的是，乙基苯至八烷基苯的混合体系密度在288.15 K下可覆盖788-864 kg·m?3范围，这为低温环境下的燃料配方优化提供了理论支撑。

声速测试显示，混合物的声速随n-烷基苯链长的增加呈现阶梯式上升。例如，在333.15 K时，乙基苯混合物的声速达到1126.8 m·s?1，而十三烷基苯则增至1297.6 m·s?1。这种差异可能源于长链烷基苯分子间的空间位阻效应，导致分子振动模式改变。研究特别指出，当n-烷基苯碳链长度超过十二时（如十三烷基苯），其声速与纯十一烷的差值达到约50 m·s?1，这对发动机燃烧室声学环境模拟具有重要参考价值。

### 2. 粘度行为分析
动态粘度测试发现，混合物的粘度随n-烷基苯摩尔分数增加呈非线性变化。以正戊基苯为例，当摩尔分数为0.5时粘度达到峰值0.87 mPa·s，之后随浓度增加而下降。这种"粘度最低点"现象在n-丁基苯混合体系中尤为显著，其粘度偏差Δη在摩尔分数0.8时达到最小值（0.78 mPa·s）。研究团队通过对比发现，这种粘度行为与烷基链长度和分子间作用力的协同效应相关：短链烷基苯（如乙基苯）主要贡献分子间位阻，而长链分子（如十三烷基苯）则通过氢键网络增强体系粘度。

### 3. 热力学参数比较
过剩摩尔体积（VmE）和粘度偏差（Δη）的对比分析揭示了分子间相互作用机制。对于乙基苯至八烷基苯混合物，VmE呈现显著的正值（最大达+8.3 cm3·mol?1），这表明烷基苯分子通过π-π堆积和范德华力形成有序结构，导致混合体积膨胀。而十三烷基苯的VmE转为负值（-2.3 cm3·mol?1），说明长链分子间的空间位阻效应占主导，形成更紧密的分子堆积。

在粘度偏差方面，Δη的符号变化揭示了分子间作用力的转变。当n-烷基苯碳链较短（如乙基苯、正丙基苯）时，Δη为负值（-0.5至-0.2 mPa·s），表明混合体系流动性优于纯组分。然而，当烷基链超过十二碳（如十三烷基苯）时，Δη转为正值（+0.8 mPa·s），这可能与长链分子间的缠绕效应和氢键网络形成有关。

### 4. 燃料替代模型应用
研究通过对比发现，采用n-烷基苯替代十一烷时，混合物的体积膨胀系数（β=VmE/ρ）与文献报道的烷基苯/烷烃混合体系具有相似趋势。例如，正戊基苯混合物的β值（0.015 cm3·kg?1）与十二烷基苯/十六烷混合体系（0.018 cm3·kg?1）接近，但显著低于n-烷基苯/正构烷烃混合体系（β=0.025 cm3·kg?1）。这表明芳香环结构对分子间作用力的削弱效应可能被低估。

在发动机喷射特性方面，测得混合物的等熵压缩率（KsE）与密度变化趋势一致。例如，当n-丁基苯摩尔分数为0.5时，KsE达到峰值2.8 TPa?1，对应的燃料喷射提前量可达1.2°曲轴转角（基于Tat和Van Gerpen的研究数据）。这为优化柴油发动机的高压共轨喷射系统提供了关键参数。

### 5. 燃料规格匹配性
通过密度-温度曲线与Jet Fuel和Military Diesel Fuel规格对比发现：
- **Jet Fuel规格（288.15 K）**：乙基苯（x1=0.4）至正辛基苯（x1=0.8）的混合体系密度（789-840 kg·m?3）完全覆盖规格范围
- **Military Diesel Fuel规格（293.15 K）**：正戊基苯（x1=0.5）至正十三基苯（x1=0.5）的混合体系密度（802-834 kg·m?3）符合要求
值得注意的是，当正十四基苯摩尔分数超过0.6时，密度（849 kg·m?3）已超出柴油燃料上限（876 kg·m?3），但声速（1331 m·s?1）仍处于航空燃料合理区间（1297-1360 m·s?1），这提示多参数协同优化的重要性。

### 6. 研究局限与展望
当前研究存在以下局限性：
1. 未考察更高碳链（如十四烷基苯）的相行为变化
2. 未明确温度对粘度偏差的定量影响
3. 缺乏实际发动机台架试验验证

未来研究建议：
- 开发宽温域适用的n-烷基苯/十一烷混合体系
- 深入研究芳香环取代基对分子间作用力的影响
- 建立多参数耦合模型预测喷射特性和燃烧性能

本研究为合成燃料开发提供了关键物性数据，特别在芳香族烷烃混合体系设计方面，建议优先考虑正己基苯（Δη=-0.15 mPa·s）至正十二基苯（Δη=+0.32 mPa·s）的过渡区域，该区间的粘度偏差最小且密度满足多种燃料规格要求。