随着汽车保有量不断增加,能源危机和环境问题凸现,对内燃机节能减排提出了更高要求,发展新型燃料和采用新型燃烧模式成为内燃机节能减排的重要途径。低温燃烧模式被认为是一种能够同时有效降低柴油机氮氧化物和碳烟排放的新型燃烧模式,正丁醇的相关试验研究表明正丁醇作为含氧替代燃料,在发动机上使用能够明显降低排放,且在柴油中掺入部分正丁醇能够改善柴油机的低温燃烧性能。因此,研究正丁醇的燃料特性及正丁醇作为替代燃料在柴油机低温燃烧中的使用对实现内燃机节能减排具有重要意义。本文采用数值模拟方法,研究了正丁醇燃烧化学反应动力学和正丁醇-柴油混合燃料低温燃烧特性。首先,应用正丁醇详细机理和CHEMKIN中的定容燃烧室模型对正丁醇的燃烧特性进行化学动力学分析,包括氧化过程分析、低温和高温反应路径分析、不同边界条件下着火特性和着火延迟敏感性分析以及氧浓度对正丁醇燃烧的影响等。结果显示,正丁醇在低温和高温下的反应路径及反应速率不同,使得着火特性不同,初始温度影响正丁醇的反应路径和反应速率,氧浓度只影响正丁醇的反应速率,对正丁醇的反应路径没有影响；正丁醇着火延迟时间随初始压力增大而降低,随当量比增大而降低,随初始温度升高而降低,随氧浓度降低而升高,其中,初始温度对正丁醇着火延迟影响最大。其次,为研究正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学动力学,建立了正丁醇-正庚烷-甲苯详细机理,在CEHMKIN中建立发动机模型,研究正丁醇的加入对燃料燃烧的影响,包括各成分及OH自由基的浓度变化情况。结果显示：正丁醇的加入消耗了正庚烷生成的OH自由基,抑制了燃烧的进行。再次,为模拟正丁醇-柴油混合燃料缸内燃烧,选用正庚烷-正丁醇-多环芳香烃-甲苯简化机理作为正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,应用FIRE软件建立发动机燃烧室三维模型,并与CHEMKIN耦合。经过验证,模型具有较高的准确性,能够实现对正丁醇-柴油混合燃料低温燃烧的准确模拟。最后,应用该模型,通过引入大比例废气再循环实现低温燃烧,研究总结了正丁醇掺混比例、EGR率、喷油正时、进气压力和进气温度等对正丁醇-柴油混合燃料低温燃烧和排放性能的影响规律。结果显示：正丁醇比例、EGR率、喷油正时、进气压力和进气温度等主要通过影响滞燃期、缸内温度及缸内氧浓度对燃烧和排放产生影响。柴油中加入正丁醇可以明显降低碳烟前驱物A4转换为碳烟的质量分数,EGR能够明显降低氮氧化物的排放。对正丁醇-柴油混合燃料B10和B20在45%EGR率下低温燃烧的模拟结果表明,推迟喷油使燃烧推迟,发动机动力性和经济性降低,CO排放量增加,氮氧化物排放量降低。增大进气压力使燃烧提前,发动机动力性和经济性得到改善,氮氧化物的排放量和碳烟前驱物A4转换为碳烟的质量分数增加。提高进气温度使燃烧提前,发动机动力性和经济性明显改善,CO排放量降低,NO排放量和A4转换为碳烟的质量分数升高。