随着全球能源危机的加剧,各国对发动机代用燃料的研究越来越重视,在阅读大量代用燃料文献的基础上,本文综述了当前国内外代用燃料研究的现状,着重介绍了作为目前代用燃料研究热点的液化代用燃料,即二甲基醚(DME)和液化石油气(LPG)的物理化学性质,简要介绍了数值模拟计算的研究方法。根据DME 和LPG 特殊的物理化学性质,依据文献资料以及相关经验,本文设计并建立了DME 直喷式发动机实验台架以及LPG/柴油双燃料直喷式发动机实验台架,进行了DME 直喷式发动机和质量比为15%的LPG/柴油双燃料直喷式发动机的负荷特性实验研究,分析了它们的燃烧和排放性能。实验研究表明,燃用DME 的直喷式发动机和LPG/柴油双燃料直喷式发动机具有与原机相当的动力性能,NOx 和碳烟排放相对原机大大改进。本文还建立了LPG 定容室喷雾高速摄影实验台架,记录了不同启喷压力和背压条件下LPG 喷雾发展情况,得到了与理论相符合的实验结果。本文利用Fortran 语言编写了发动机工作过程零维模型计算程序,对DME 发动机工作过程进行了模拟计算,计算结果与实验结果相当吻合,表明零维模型在预测DME 发动机工作过程中具备很高的工程实用价值。本文还利用Fortran 语言编写了喷雾气相射流模型计算程序,对LPG 定容室喷雾进行了模拟计算,计算结果与实验结果高度吻合,该模型为LPG 直喷式发动机的设计与开发提供了理论基础。本文提出了一个可应用于HCCI 发动机工作过程研究的DME 化学反应动力学简化模型,该模型由28 种组分,38 个基元反应组成,包括三个子模型,即低温反应和负温度系数区子模型、高温裂解和高温氧化子模型以及甲酸生成过程子模型。通过算例对比分析,该DME 简化模型能正确揭示DME 燃烧过程主要生成物组分的变化规律,能准确计算DME 燃烧过程低温和高温阶段的放热特征时刻,其计算结果与详细机理计算结果吻合。相对于详细机理,简化模型节省了计算时间,为实现化学反应动力学与CFD 多维模型耦合的燃烧计算提供了一个可行而有效的途径。