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生物柴油特有的物化性质使其成为有潜力的柴油机替代燃料。为了清洁高效地利用生物柴油，有必要加深对其燃烧过程的认识。计算流体力学（CFD）耦合化学动力学的先进模拟技术已成为人们理解缸内燃烧过程的重要手段，这也将是今后生物柴油三维燃烧模拟的主流技术。因为详细反应机理的计算成本还无法接受，所以建立计算效率高的、可靠的生物柴油简化化学反应机理将是该技术得以工程化应用的关键。然而，一方面生物柴油简化机理在最近几年才开始发展起来，还有待完善和发展。另一方面，从详细化学反应机理出发构建生物柴油简化机理面临两个挑战，一是详细机理的规模庞大，简化工作不易进行，二是简化机理应该随详细机理的更新而更新。所以，本文从CFD耦合化学动力学的模拟技术的原理、化学反应机理缩减方法的发展、大型机理缩减平台的开发、构建简化机理的技术、生物柴油简化替代机理的构建及其在低温燃烧三维模拟分析中的应用方面展开研究。本文的主要工作和成果有：（1）本文首先将广泛应用的开源程序KIVA-3V Release2和CHEMKIN-Ⅲ耦合起来，建立KIVA-CHEMKIN模拟平台，经验证该平台正确有效，并被应用于柴油和生物柴油的缸内燃烧过程的模拟分析。本文还介绍了目前较为先进的商业软件平台CONVERGE的特点，对比了该软件与KIVA-CHEMKIN的模拟流程。基于这两个平台，详细介绍了内燃机缸内燃烧三维模拟的原理、化学动力学的计算原理及CFD耦合化学动力学的模拟方法，为机理缩减程序的开发及生物柴油简化机理的构建创造了条件。（2）本文提出了组分成团消除法来移除反应机理的次要组分。基于组分对着火延迟时间的强力敏感性系数有正有负的特点，组分成团消除法选择一批组分同时消除，利用正负敏感性系数的抵消作用来控制误差。通过合理地设置组分团的选择范围，该方法既能高效地筛选出次要组分，又能有效地控制简化机理的误差。组分成团消除法与其它组分消除方法相比有以下优点：第一、计算时间消耗少，因为不用对次要组分逐个消除并校核误差；第二、始终以详细机理为参照，避免了简化过程过早结束的问题。（3）利用FORTRAN语言自主开发了详细化学反应机理缩减程序MRC（Mechanism Reduction Code）。MRC包括两个模块：一是基于考虑误差传递的直接关系图法（DRGEP）的模块，二是基于强力敏感性分析和组分成团消除法的模块。经过异辛烷详细机理的缩减验证，MRC正确有效地实现半自动机理缩减，可用于其它碳氢燃料详细机理的缩减研究。异辛烷机理的简化计算还发现，对于具有负温度系数（NTC）特征的碳氢燃料，其反应路径和组分的耦合联系在NTC区域最复杂；在NTC区域工况点迭代使用DRGEP获得的缩减机理性能较全面，可作为该缩减阶段最终机理的基础；之后，可选择少数代表性工况，如NTC工况点、高温工况点和低温工况点，迭代执行组分成团消除构建精度较高的简化机理。（4）以正庚烷（NHP）和癸酸甲酯（MD）为基础构建了一个新的生物柴油简化机理。基于MRC程序及异辛烷机理缩减的经验技术，以着火延迟时间为主要控制参数，将美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的一个包含654个组分和2827个反应的NHP详细机理简化为由60个组分和216个反应组成的简化机理，同时将LLNL的一个包含2878个组分和8555个反应的MD详细机理简化为由87个组分和219个反应构成的简化机理。合并这两个简化机理得到了一个包含111个组分和310个反应的机理，称为Bio111机理。经大范围的激波管试验、射流搅拌反应器试验和柴油机常规燃烧试验的验证，Bio111机理显示了对NHP、MD及生物柴油燃烧的良好预测能力。（5）应用Bio111机理对大豆生物柴油两次喷射的低温燃烧过程进行三维模拟分析，模型对低温燃烧放热特征的预测效果良好。其中，燃油早喷的预混压缩着火低温燃烧呈现低温冷焰现象，Bio111机理能够良好地预测这一放热特征。由化学反应分析可知，缸内处于发生NTC现象的条件，缸内同时发生低温链分支反应、链传播反应、正庚烷基和癸酸甲酯基的裂解反应，这是出现低温冷焰放热的原因。构建的Bio111机理为将来采用先进的化学反应机理排放模型提供了基础。