我国能源短缺和环境污染问题日益突出,深入研究燃料的化学反应机理,掌握发动机燃烧过程的特点和影响因素,从而实现对燃烧过程的有效控制,为优化发动机整机性能提供理论依据。本文分别构建了乙醇的简化化学动力学机理及乙醇/生物柴油混合燃料化学动力学简化模型,并与三维CFD软件进行耦合计算,研究了不同乙醇掺混比条件下EGR率及海拔的变化对生物柴油发动机燃烧和排放特性的影响规律与作用机理。本文首先基于乙醇(C2小分子反应机理AramcoMech1.3)的详细机理,应用直接关系图法(DRG)、温度敏感性分析法以及反应速率分析法,对乙醇的详细机理进行简化。得到乙醇的简化反应机理,共包括66种组分、268个反应。通过与乙醇滞燃期、预混火焰燃烧实验数据的对比,分别验证乙醇简化机理在着火延迟及主要组分变化规律的准确性,提出一个适用范围较广的C2H5OH简化化学动力学机理。在乙醇简化机理的基础上,与三组分生物柴油燃料替代物(NC7H16/MD/MD9D)简化机理进行耦合,采用“解耦”思想最终构建了一个包含107种组分579个反应的乙醇/生物柴油混合燃料简化机理。对拼合后的双燃料简化机理进行滞燃期、射流搅拌反应器中物种摩尔分数、层流火焰速度等基础燃烧数据的验证,计算结果表明:本文所构建的双燃料机理能较充分的反应不同压力与当量比条件下的着火延迟及组分的变化规律,并且组合机理也可以较好的预测混合燃料中乙醇的层流火焰传播速度。根据D19高压共轨柴油机主要结构参数,运用CONVERGE软件构建三维CFD仿真计算模型,并耦合本文构建的乙醇/生物柴油化学动力学组合模型,模拟不同乙醇掺混比条件下EGR率和海拔的变化对生物柴油发动机燃烧与排放特性的影响。研究表明:随着EGR率的升高,缸内着火相位滞后,初始放热速率逐步升高,压力升高率增加,最高爆发压力呈现降低趋势;碳烟排放呈现逐步升高的变化趋势,而NOx排放逐步降低并且NOx排放降低的变化趋势较为明显;在等EGR率的条件下,乙醇掺混比的增加导致碳烟的生成峰值逐步降低并得到进一步氧化,高掺混比乙醇的双燃料发动机碳烟排放较低。综合考虑乙醇/生物柴油耦合不同EGR率下的发动机燃烧及排放特性研究,当EGR率为20%且乙醇掺混比为20%时(E20EGR20),发动机可以达到较好的燃烧与排放特性。在对不同掺混比及海拔条件下混合燃料发动机燃烧与排放特性的研究中:随着海拔高度的上升,发动机燃烧相位滞后,压力升高率增大,但缸内最高压力下降较为明显;初始放热速率逐步升高,放热主峰值随海拔的升高呈现降低趋势;同时,碳烟排放呈现升高的趋势,4000m海拔条件下发动机碳烟的最终排放量较大;在等海拔条件下,随着乙醇掺混比的增大,碳烟排放呈现下降的趋势,并且在海拔较高的环境下,乙醇掺混比的增加可以明显降低碳烟;NOx排放在平原环境下表现为随乙醇掺混比增加而降低,在1000m海拔及以上的环境下,乙醇掺混比增加会使NOx排放升高,尤其是在较高海拔时掺混比的提高对增加NOx排放的作用较为明显;海拔越高,NOx最终排放量相对越低。