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在汽车能源与环境问题日益突出的当下,基于我国缺油、少气、多煤的能源结构,发展汽车代用燃料,实现汽车能源多元化对于摆脱对不可再生石油燃料的依赖、实现交通能源转型升级、保障能源安全至关重要。煤基合成柴油作为优质的高效清洁石油替代燃料,生产工艺愈发成熟,应用于内燃机方面前景优良。本文针对试验所用的煤基合成柴油,提出了对应的模型燃料,并基于模型燃料构建了相应的化学反应动力学机理,进而将机理与三维仿真模型耦合,探究不同边界条件和组分比例对煤基合成柴油及其混合燃料燃烧及排放的影响规律,为探索内燃机实现高效清洁燃烧模式的替代燃料提供基础研究依据。研究主要内容及结论如下:根据试验用煤基合成柴油的理化特性和组分构成,分别为其构建了单组分和双组分两种模型燃料。针对单组分模型燃料确定了正癸烷化学反应机理,针对双组分模型燃料（质量分数88.99%正十二烷/11.01%异辛烷）选取了以正十二烷化学反应机理和异辛烷化学反应机理作为基础机理,完成机理的化简与融合后确定并添加了NOx和PAH生成机理,经过进一步的化简,最终得到了包含132种组分、895步反应的正十二烷/异辛烷/NOx/PAH简化机理。结合文献提供的试验数据,分别在100%正十二烷和100%异辛烷的滞燃期、层流火焰传播速度、主要组分浓度和均质压燃发动机方面,对构建的正十二烷/异辛烷/NOx/PAH简化机理进行了验证,发现对比结果良好,甚至对于部分情况的预测效果优于原基础机理。之后将燃料化学反应机理耦合三维仿真模型,与实际台架试验中燃用煤基合成柴油得到的缸压曲线数据进行了对比验证,发现双组分模型燃料的预测效果优于单组分模型燃料。研究中进一步确定了二甲醚/乙醇化学反应机理,化简后与正十二烷/异辛烷/NOx/PAH简化机理进行了融合,最终得到包含168种组分、1250步反应的正十二烷/异辛烷/二甲醚/乙醇/NOx/PAH简化机理,通过与试验数据和原基础机理的仿真数据对比,发现该机理在100%二甲醚和100%乙醇的滞燃期、层流火焰传播速度和均质压燃发动机方面的预测效果良好。将已构建的正十二烷/异辛烷/NOx/PAH简化机理耦合三维仿真模型,完成了不同边界条件下燃用煤基合成柴油的模拟计算,研究结果表明:在一定范围内使喷油正时提前,可以提高燃用煤基合成柴油时的缸内最大爆发压力和缸内平均温度峰值,缩短滞燃期和燃烧持续期,提前主放热时刻,提高指示热效率,降低Soot排放质量,但NOx排放质量会有所升高;增大喷油压力,可以增大预混燃烧比例,提高缸内压力、缸内平均温度和放热率的峰值,缩短滞燃期和燃烧持续期,提前主放热时刻,但对指示热效率的提升程度有限,在Soot排放质量大幅下降的同时NOx排放质量明显增加,使NOx和Soot的“trade-off”关系更加明显;降低进气氧浓度即增大CO2浓度,可使缸内压力和缸内平均温度整体降低,化学反应速率降低,着火时刻与主放热时刻推迟,滞燃期和燃烧持续期延长,指示热效率下降,在排放控制方面研究发现燃用煤基合成柴油时配合小比例EGR的引入,可实现在Soot排放质量增长程度能够接受的情况下,保证动力性和热效率的同时,大幅度降低NOx的排放质量。使用构建完成的正十二烷/异辛烷/二甲醚/乙醇/NOx/PAH简化机理耦合三维仿真模型,探究了不同燃料组分比例对煤基合成柴油混合燃料燃烧和排放特性的影响,研究结果发现:无论向煤基合成柴油中掺混乙醇还是二甲醚,都会改善燃用煤基合成柴油时预混合燃烧量少、扩散燃烧量多的燃烧特性,有利于增大预混合燃烧比例,缸内最大爆发压力和放热率峰值均有所增大,缸内燃烧产生的OH自由基质量峰值升高,氧化活性增强。掺混二甲醚会使滞燃期和燃烧持续期缩短,主放热时刻提前,指示热效率升高,而添加乙醇虽使燃烧持续期明显缩短,但滞燃期过长,主放热时刻过于滞后,指示热效率下降。在污染物排放方面,乙醇或二甲醚的加入使Soot的缸内生成质量峰值及缸外排放质量均有效降低,其中乙醇的作用最为明显,但乙醇也会使NOx的排放质量大幅增加,二甲醚则使NOx的排放质量增幅降低。增大煤基合成柴油/二甲醚混合燃料中二甲醚的掺混比例,对缸内压力整体影响不大,会使缸内平均温度峰值有些许下降,滞燃期和燃烧持续期逐渐缩短,主放热时刻不断提前,指示热效率逐渐升高。二甲醚掺混比例的增加,削弱了NOx和Soot的“trade-off”关系,Soot排放质量不断降低,NOx的排放质量则先增加后降低且变化幅度较小。研究发现对于煤基合成柴油掺混少量二甲醚,可在保证动力性且NOx的排放质量增幅不大的前提下,有效改善Soot的排放情况。