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随着基础燃烧实验和量子化学的发展,液体燃料反应动力学模型的研究日趋深入。由于计算能力的限制,简化反应机理目前仍是发动机三维数值模拟的不二选择。因此,一个结构紧凑、性能可靠、化学特性保真度高的燃料简化反应机理对于实际工程应用意义重大。本文提出了简化机理的高效优化方法,使机理优化过程摆脱了对人工经验的依赖。由于简化机理的适用范围和预测精度取决于机理内部的反应动力学特性,基于此,本文提出了简化机理的定量化评价新方法,为构建性能可靠、化学特性保真度高的简化机理提供了有价值的参考。另外,目前多从单组分燃料出发构建简化机理,本文提出了同系列燃料简化机理的构建方法,扩展了简化机理的构建思路。最后,为探索大规模反应机理的简化极限,本文提出了基于目标导向的极简化机理构建策略。以上工作对构建规模精简、性能可靠、化学特性保真度高的燃料简化反应机理有积极的推动作用。首先,通过耦合CHEMKIN-Ⅱ和遗传算法,实现了简化机理的高效自动优化。基于解耦法构建的由正庚烷和异辛烷组成的主要参比燃料（PRF）骨架机理被用作机理优化的初始机理。将激波管（ST）中的着火滞燃期和射流搅拌反应器（JSR）中的主要组分浓度作为优化指标,本文构建了机理优化的目标函数,并探究了遗传算法相关参数、实验数据选取和温度权重因子对优化结果的影响,最后在不同基础反应器和均质充量压燃点火（HCCI）发动机中对优化机理进行了广泛的验证。结果表明,CHEMKIN-Ⅱ耦合遗传算法是实现机理优化的有效办法。其次,采用不确定性分析、全局敏感性分析（GSA）和路径敏感性分析（PSA）,提出了基于内部化学动力学特性的简化机理定量化评价方法,并以正庚烷详细机理和基于该机理构建的两个简化机理为例对评价方法进行了阐述。从子机理和反应类的角度分别对详细机理和简化机理的整体化学动力学结构和燃料相关子机理的动力学特性进行了分析,并采用相似性系数计算公式实现了简化机理的定量化评价。结果表明:化学反应机理内部的动力学特性主要与其所在的温度区有关,包括低温区、负温度系数区和高温区,而与具体的压力和当量比关系不大;C0-C4核心子机理和燃料相关子机理对于保持机理整体的化学特性非常关键;如需调整反应速率常数,则应在它们的不确定性范围内进行。基于上述结论,本文提出了构建简化机理的新方法:采用基于反应类的GSA和PSA方法简化燃料相关子机理,使用包括误差传播和敏感性分析的直接关系图（DRGEPSA）方法简化C0-C4核心子机理。然后,基于解耦方法和反应速率规则,提出了同系列燃料的简化机理构建方法,并以聚甲氧基二甲醚（PODEn）系列燃料为例对构建方法展开了研究。以详细机理为基础,采用基于反应类的GSA和PSA以及解耦法构建了 PODE1-2简化机理。对详细机理中燃料相关反应类的分析发现,PODE1-4反应类的路径敏感性系数、全局敏感性系数和方差系数的分布大体一致。以PODE2简化机理为基准,通过路径类比法得到了 PODE3-6的燃料相关简化路径,并通过修改的线性集总法确定了 PODE3-4大分子反应的反应速率常数。分析发现,PODE2-4简化机理中的大分子反应速率常数与其分子结构中-CH2O-基团数量呈近似线性关系。对于没有详细机理作参考的PODE5-6,采用线性外推法估算了简化机理中大分子反应的速率参数,采用THERM程序计算了 PODE56大分子组分的热力学数据。最后,通过耦合完整的PODE1-2简化机理和简化的PODE3-6燃料相关子机理形成PODE1-6系列燃料简化机理。在不同基础反应器和HCCI发动机中,对简化机理进行了广泛的验证,结果表明当前机理能很好地捕捉PODE1-6的氧化特性。最后,本文探索了大规模详细机理的简化极限,以PRF为例,提出了应用导向的极简化机理构建方法。机理简化过程可分为两大部分:燃料相关子机理和C0-C4核心子机理。对于燃料相关子机理采用以下简化策略:基于GSA和PSA识别关键反应类→ROP分析识别重要同分异构体→遗传算法优化机理。对于C0-C4核心子机理采用以下简化策略:DRGEPSA快速简化C0-C4核心子机理→从激波管着火滞燃期、JSR主要组分浓度和层流火焰速度三个目标出发,采用二进制遗传算法自动简化小分子子机理→基于准稳态分析对小分子反应进行集总,最终获得三个以目标为导向的极简化机理。基于详细机理预测值和大量实验数据验证了三个极简化机理的预测精度。最后,通过局部敏感性分析和路径分析,探究了三个极简化机理小分子路径间的联系和差异。发现基于ST着火滞燃期的极简化机理和基于JSR主要组分浓度的极简化机理在小分子路径上的差异主要与两个反应器中温度和压力的变化情况有关。另外,ST中的着火滞燃期与羟基的生成和消耗直接相关,而火焰的传播与氢原子的积累和消耗密切相关。综上所述,本文对燃料简化机理的构建、优化和评价开展了较为全面的研究:提出了简化机理的高效优化方法、基于内部反应动力学特性的简化机理定量化评价方法、同系列燃料简化机理构建方法,探索了大规模详细反应机理的简化极限并提出了以目标为导向的极简化机理构建方法。本文的工作为燃料简化机理的构建和评估提供了有价值的参考,对于开发新燃料的简化机理具有积极意义,为探索新型发动机的结构设计和控制策略提供了必要支持。