受石油危机和环境污染的影响，并考虑到能源战略安全，生物燃料在各国得到了学术界和能源市场广泛的关注。超过35个国家和地区，包括美国、巴西和欧盟成员，已经确立了促进生物燃料生产和使用的政策。得益其优越的特性，包括比小分子醇类燃料更高的热值、更易于与其它燃料互溶、更高的粘度、使用安全及便于储存和运输等，丁醇被认为是下一代车用石化燃料的替代或增补燃料。本文研究内容分两部分，一为研究丁醇应用汽油机的效果；二为丁醇、异辛烷及两者混合燃料层流火焰速度研究。在第一部分，通过仿真与试验相结合的方法，揭示了生物丁醇应用于汽油机的优劣势，分析了发动机运行参数及工况对燃烧过程及排放的影响，主要研究内容及成果如下：1)设置发动机台架试验，以试验测取的发动机运行参数作为模拟计算的边界条件，并以测量的发动机性能结果标定模拟计算；2)通过试验和模拟结合，揭示和分析了发动机运行参数和工况对发动机性能及排放的影响；3)丁醇的添加，配以优化的点火提前角，使得发动机在功率、能量利用率、HC排放、CO排放等方面取得了积极的效果，但NOx排放远高于原机；4)加大气门重叠角使发动机取得了不错的综合效果，比如，使排放降低（特别是对于NOx）而又不会对发动机功率和经济性能造成太大的负面影响；5)对于本文研究的发动机和燃料，HC和CO排放对燃油特性有更大的依赖性，而功率和NOx排放却对发动机运行参数更敏感；6)发动机负荷比转速甚至燃料种类更能影响缸内燃烧放热。第二部分，首先介绍了描述燃料的层流火焰速度的几个常用方法：化学火焰结构描述方法、试验测量方法和经验修正方法。然后汇总了文献中笔者视野所及范围内所有的丁醇层流火焰速度的试验测量，并指出了其局限性。建立了ChemKin-PRO模型，并在全面回顾和梳理丁醇燃烧化学机理发展后，初步选择了6个机理用于对比研究；通过分析各机理在计算结果趋势上的表现，并考虑到丁醇、异辛烷及两者混合物层流火焰速度的数据来源一致，最终确定采用Frassoldati机理用于后文的研究（特别是在修正常数的拟合方面）。结合收集的试验数据和基于化学机理的计算结果，详细系统地研究了各因素，包括当量比、压力、温度、稀释度、燃油组分混比等，对丁醇、异辛烷及两者混合物层流火焰速度的影响，取得了以下几方面的结论和成果：1)对于当量比和压力效应，主要通过化学反应动力学效应影响丁醇及其异辛烷混合燃料的（可以想见，其它燃料也表现如此）层流火焰速度；2)而对于温度对层流火焰速度的影响，密度效应和化学反应动力学效应对层流火焰速度的影响力相当，但热效应却影响微弱；3)对于稀释效应，稀释气体成分是最重要的层流火焰速度的影响因素；比如对于单一稀释气体组分（在CO2、H2O、N2三者中比较），CO2对层流火焰速度影响最大，其次为H2O，N2对层流火焰速度影响最弱；4)稀释气体对层流火焰速度的影响主要通过“稀释”效应，也即随着稀释气体的添加，燃空混合气中燃油含量降低从而导致燃烧温度下降，另外稀释气体的加入还会增大燃烧产物的比热容，进一步降低燃烧温度，导致层流火焰速度的减小；5)但从稀释气体的反应动力学出发，N2的反应动力学效应可忽略，CO2将会抑制燃烧系统反应活性，而H2O却会促进燃烧系统反应活性；6)对于燃油组分混比效应，Hirasawa法则和能量法则都能较准确的捕捉到试验数据，而本文提出的修正因子更是进一步提高了混合法则在富油区的修正精度；7)对于每一影响因素，本文扩展或提出了经验修正模型，并拟合了各常数，最后综合各因素的修正模型，形成了全面考虑各影响因素的系统修正模型。此外，笔者还从文献中广泛收集相关的层流火焰速度的经验修正与本文的修正模型进行比较，指出目前学界在此领域的研究现状及局限，为未来的研究指明方向。本文的研究大大扩展了生物丁醇的应用发动机类型范围和运行工况范围（丁醇应用于高速摩托车用汽油机的研究还鲜有报道），为推广应用生物燃料有实际意义和示范效应。此外，本文从最深层次上研究了丁醇的燃烧特性，为深入理解丁醇作为替代燃料提供了机理阐释，也为下一步进行湍流燃烧模拟建模奠定了良好的基础，还可以作为一个特例为研究生物燃料的燃烧机理提供了很好的思路和方法借鉴。