生物柴油作为一种清洁可再生能源与石化柴油物性参数相似,是石化柴油的良好替代品,应用生物柴油对解决能源短缺和环境污染的问题具有重大意义。本文构建了柴油-生物柴油混合燃料的化学反应机理,并将三维CFD数值模拟与化学反应机理耦合,结合柴油机台架试验,进行了不同比例掺混生物柴油、预喷射策略、后喷射策略下柴油机燃烧和排放生成过程的数值仿真计算,研究了多次喷射的喷油策略下柴油-生物柴油的混合燃料对柴油发动机燃烧性能和排放性能的影响。本文首先对正庚烷详细机理进行了简化,并在此基础上添加了癸酸甲酯-癸酸九酯简化机理、GRI-NOx机理、PAH简化机理,最终构建了包含82组分、314个基元反应的正庚烷-癸酸甲酯-癸酸九酯的简化机理来代替柴油-生物柴油,并结合试验数据对简化机理的合理性进行了验证。通过对纯柴油以0、10%、20%、50%的比例掺混生物柴油的混合燃料进行三维数值模拟,研究掺混比例对柴油机燃烧和排放性能产生的影响,得到以下结论:放热率峰值随生物柴油掺混比例的增加而逐步降低,放热也逐渐延迟;NOX的排放随掺混比例升高而逐渐降低,其中NO集中在高温区域(T≥1700K)生成,NO2集中在中高温区域(1000K≤T≤1700K),N2O含量较小且受掺混比例影响不大;碳烟排放随掺混比例升高而降低,且碳烟在被氧化过程中OH起主要作用。计算研究了多次喷射策略对燃用B20的柴油机燃烧和排放性能的影响,结果表明:预喷射使缸内燃烧放热趋于平缓;碳烟和NOX排放均相比单次喷射大幅上升,且均随预主喷间隔角增大而减小,随预喷油量增加而大幅增加;后喷射使NOX排放略微恶化,且受后喷射参数变化影响不大;后喷射的加入使碳烟大幅降低,主后喷间隔角在10°CA以上20°CA下、后喷油量不超过6mg时最有利于降低碳烟排放。