石油属于不可再生能源，乙醇是可再生能源。乙醇掺混燃烧在柴油机上有所应用，但不如汽油机普遍，原因在于乙醇和柴油掺混时间一久容易分层，不利于长期存储。色谱分析表明，乙醇吸热后部分热解可产生多种气体的混合物，本文改造制成了如下柴油机系统：将乙醇通过安装在柴油机排气管上的小型高效换热器，吸收尾气余热，部分热解后混合气体由进气道通入柴油机燃烧室改善燃烧。为柴油/乙醇掺混燃烧提供了一条新的途径。在该系统上进行了定功率-不同转速以及额定转速-不同功率下的实验研究，研究结果表明，该系统在高低功率条件下均有较好的节油效果。在柴油机低速1500r/min时节油率最高可达13.5%；在柴油机额定转速2000r/min时节油率最高可达5.7%，与目前应用的乙醇柴油节油率相当。进一步研究系统对柴油机碳烟和NOx排放的影响，该系统在小功率-低转速工况下碳烟排放降低不明显，其他工况可实现碳烟排放的有效降低，最高可降低35.7%；在全工况条件下可实现NOx排放的有效降低，最高可降低64.7%。该系统可有效避免乙醇柴油直接掺混不宜存储的问题，同时部分乙醇热解产生的小分子气体可以更好地改善燃烧。由于柴油机燃烧时间尺度小，反应剧烈，实验手段不能完全掌握燃烧细节及特性，数值模拟手段成为另外一种重要的研究方法。本文建立了柴油替代燃料（正庚烷和甲苯）掺混乙醇燃烧的三组分燃料反应机理并在多个不同的燃烧模型中进行了验证。经过分析提出了包含106个组分，510个反应的反应机理（Mix3），该机理可较为准确地模拟正庚烷以及正庚烷掺混乙醇混合燃料的燃烧。使用灵敏度分析和反应流分析法，对Mix3反应机理在柴油机燃烧模型中进行简化，得到了气相动力学简化机理（R-Mix3），该机理包含47个组分114个反应。在此基础上，采用A3成核建立了新的碳黑精细模型。该模型可以在三维耦合计算中较为准确地模拟柴油机燃烧及碳烟排放特性。针对改造后的柴油机系统上乙醇掺混燃烧的典型工况，使用Mix3机理进行了零维数值模拟，得到了掺混乙醇或乙醇氢气混合气前后对着火延迟影响重大的反应以及多环芳烃和NOx的反应路径。使用碳黑精细模型耦合流动在CFD上进行了三维数值模拟，得出了燃烧过程中温度、压力及主要污染物（多环芳烃和碳烟）的空间分布情况，是实验的有效补充。