在日益严峻的能源危机和环境形势下,寻找清洁可再生的替代燃料成为交通领域的一个重要发展方向。丁醇作为一种品质优良的可再生替代燃料受到广泛的关注。研究表明,在柴油中添加丁醇形成二元混合燃料是一种非常具有潜力的燃料形式,在发动机内具有优异的燃烧与排放性能。同时,对新型燃料发动机的性能优化需要燃料着火特性的基础研究作为支撑。基于此,本文在加热的快速压缩机和激波管实验平台上测量了丁醇异构体单质、丁醇异构体/正庚烷混合燃料以及丁醇异构体/柴油混合燃料的着火延迟,研究其着火特性,分析影响着火的相关因素,并结合机理从不同角度进行动力学分析。本文首先比较了丁醇异构体单质在15 bar、当量比1、温度700-1000 K下的着火延迟,发现正丁醇活性最强,仲丁醇次之,叔丁醇和异丁醇着火曲线存在交叉现象。正丁醇的着火表现出微弱的NTC特征,其他三种醇类着火曲线在对数坐标中几乎是一条直线。模拟结果表明,LLNL模型对实验的预测优于CRECK模型,CRECK模型中异丁醇、仲丁醇和叔丁醇的子机理需要进一步优化。基于LLNL模型的反应路径分析表明,四种丁醇异构体不同的反应路径导致其反应活性的差异。在上述研究的基础上,本文进一步研究了丁醇异构体/正庚烷混合燃料在10 bar、当量比1、680-1300 K下的着火。混合燃料表现出明显的两阶段着火与NTC特征(NTC温度区间约为750-850 K)。四种丁醇异构体/正庚烷混合燃料的着火延迟在高温区间几乎没有差别,低温和NTC区间正丁醇、异丁醇和仲丁醇与正庚烷混合燃料的着火延迟也没有明显差别,而叔丁醇/正庚烷混合燃料着火延迟明显低于其他三种混合燃料。正庚烷和丁醇异构体的相互作用体现在丁醇异构体会消耗正庚烷低温链分支反应产生的OH活性基。四种丁醇异构体的C-H键键能不同导致了混合燃料着火延迟的差异。基于CRECK模型和LLNL模型计算四种混合燃料在710 K左右下的着火压力以及主要组分浓度历程和温度历程,分析发现燃料的着火是体系温度、反应物活性和浓度综合作用的结果,其中温度的影响更为关键。第一阶段着火表现为酮在800 K左右快速分解产生OH自由基,增大自由基池浓度,使温度和压力快速上升。热着火表现为H2O2在1000 K左右迅速分解生成两个OH自由基,自由基浓度指数式增长,温度和压力迅速上升。为了准确研究实际柴油与丁醇异构体的相互作用,本文进一步开展了丁醇异构体/柴油混合燃料着火延迟的测量与动力学分析。本文首先研究了正丁醇/柴油混合燃料在不同工况(6/10/15 bar、当量比0.5/1、氧气浓度14.8%、9.8%、7.4%)下的着火特性。混合燃料的着火呈现出明显的两阶段放热和NTC特征,但NTC区间强度要弱于相同工况下的正丁醇/正庚烷混合燃料。混合燃料的第一阶段着火延迟随温度增加而降低,并未观测到NTC现象,且第一阶段着火延迟对温度的依赖性大于总着火延迟。正丁醇/柴油混合燃料的总着火延迟随着压力、当量比(燃料含量)、氧气含量的增加而减小,随着掺混比的增大而增加。相比于总着火延迟,第一阶段着火延迟对压力、当量比(燃料含量)、氧气含量的依赖性较小。本文进一步比较了丁醇异构体/柴油混合燃料在10 bar、当量比1、670-1300 K下的着火延迟,发现高温区间四种混合燃料总着火延迟几乎重合,中低温区间叔丁醇/柴油混合燃料着火延迟略低于其他三种混合燃料。第一阶段着火延迟表现出相似的规律。CRECK模型能基本反应出混合燃料着火的NTC特征,但对NTC温度区间以及高温下混合燃料表观活化能的预测与实验值仍存在差异,对四种混合燃料活性顺序的预测与实验值也存在差异。四种混合燃料在不同温度下(685K、770 K)的敏感性分析表明,体系中控制着火的反应基本相似,包括与链烷烃相关的一些低温链分支反应、NTC区间的OH、HO2脱去反应以及燃料与OH基的脱氢反应。且上述反应的敏感性系数随着温度的升高而增大。控制叔丁醇/柴油混合燃料着火的反应的敏感性系数与其他三种混合燃料有较大不同。丁醇异构体的掺混对混合燃料着火的作用主要体现在丁醇燃料与OH基的脱氢反应。进一步改善CRECK模型对四种混合燃料着火顺序的预测需要对这些反应进行优化。