面对日益严重的能源短缺和环境污染问题,为了降低丁醇作为替代燃料的生产成本,工业发酵生产丁醇的直接产物丙酮-丁醇-乙醇（ABE）作为清洁、可再生的柴油替代燃料具有巨大的潜力,可有效改善柴油机燃烧和排放特性。目前ABE复合柴油的研究尚处于起步阶段,且主要集中在柴油机和定容弹中喷雾燃烧和排放特性方面,对ABE添加改善柴油蒸发和燃烧的基础研究十分缺乏。本文通过试验和仿真工作,从微观液滴层面开展ABE复合柴油蒸发及燃烧特性的研究。论文主要研究工作如下:开展了ABE复合柴油液滴蒸发特性试验研究。利用挂滴式高温单液滴蒸发试验装置并结合显微摄影技术系统分析了ABE复合柴油液滴蒸发特性,获得了不同温度下ABE复合柴油液滴蒸发特性,ABE复合柴油比柴油蒸发快,且高温下,ABE复合柴油的沸点差异性导致液滴出现气泡产生、成核、膨胀和喷气现象,呈现三阶段快速蒸发特性。同时,获得了燃油配比和液滴初始直径对ABE复合柴油的影响规律。构建了九组分ABE复合柴油液滴蒸发模型,利用石英丝挂滴试验数据对模型进行了验证。利用验证后的模型得到了ABE复合柴油内部汽化机理,高温下,ABE复合柴油液滴中迅速达到并超过丙酮、乙醇等高挥发性组分沸点温度是导致液滴内部汽化发生的原因。同时,忽略挂丝传热和辐射的影响,深入分析了物性参数对ABE复合柴油蒸发过程的影响。在此基础上,开展了复杂环境条件对ABE复合柴油蒸发特性的影响研究,获得了环境温度、环境压力、液滴与气流相对速度、液滴初始温度和直径对ABE复合柴油液滴及燃油组分蒸发特性的影响规律。在深入研究ABE复合柴油液滴蒸发特性的基础上,利用飞滴法开展了ABE复合柴油液滴燃烧特性的试验研究,重点从滞燃期、燃烧持续时间、燃烧速率、火焰颜色、火焰形状和微爆特征等方面评价ABE复合柴油的燃烧特性。ABE添加有利于降低柴油碳烟的生成,同时使滞燃期增长,平均燃烧速率增加。同时,ABE复合柴油液滴燃烧火焰末端发生了微爆,从而使其燃烧持续时间比柴油有明显的缩短。随着燃油配比增加,ABE复合柴油微爆时刻和微爆强度呈现非线性变化,导致液滴整体燃烧速率先增大后减小,液滴微爆性能和整体燃烧速率在30%ABE复合柴油附近达到最优。构建了ABE复合柴油简化化学反应动力学机理。采用DRG、DRGEP和CSP方法简化分别构建了32组分和73步反应丙酮简化机理、66种组分和250步反应正丁醇简化机理和37种组分和81步反应乙醇简化机理,并利用着火滞燃期强制敏感性分析,构建了52组分和241步反应的正庚烷简化机理,且与各详细机理进行对比验证,并结合PAH简化机理,构建了一个包含108种组分和566步反应的ABE-正庚烷-PAH简化机理来代表ABE复合柴油化学反应模型。结合飞滴法燃烧试验的环境条件,利用验证后的ABE-正庚烷-PAH简化机理进行了ABE复合柴油化学动力学分析。