发展通用性强、适用性好、机理规模小的多组分汽油替代燃料反应动力学模型,对于汽油机燃烧过程与污染物生成数值模拟研究具有重要意义。本文通过实验测量、数值计算和理论分析的方法,研究了汽油替代燃料化学反应机理及层流火焰燃烧特性。首先,设计并搭建了测量层流火焰传播速度的定容燃烧弹实验系统。本文实验系统设计的预混气初始压力高达3MPa,初始温度高达530K。本实验系统具有稳定性好、可靠性高的优点,并且有效拓宽测量的当量比范围至0.6-1.5。其次,采用定容燃烧弹实验系统测量了初始温度400K和450K、压力0.1MPa和0.3MPa、当量比0.6-1.5条件下,五种C7-C8汽油代表性组分的层流火焰传播速度和Markstein长度,其中大部分实验结果均为首次测量,现有的文献中未曾报道。并研究了同碳数不同烃类燃料火焰传播速度与火焰稳定性的异同性。再次,构建了包含89组分和355反应的正庚烷、异辛烷、甲苯、二异丁烯、乙醇五组分汽油替代燃料化学反应动力学模型。本文机理规模小于现有机理,而且多角度、宽范围的验证说明了反应机理更广适用性、通用性和合理性。接着,在五组分汽油替代燃料反应机理的基础上,进一步发展了107组分和418反应的五组分汽油替代燃料及其燃烧PAHs生成化学反应动力学模型,具有规模更小、更适用于汽油、验证更充分的优势。然后,采用本文机理耦合详细碳烟计算方法,研究了层流预混火焰中汽油代表性组分碳烟生成特性。研究结果表明甲苯易生成碳烟,乙醇不易生成碳烟,烯烃比烷烃易生成碳烟。进一步通过动力学分析了不同燃料生成碳烟的反应途径,解释了上述定性的结论。最后,采用本文机理详细研究了多种汽油替代燃料燃烧特性。分析表明:OH自由基对燃料着火过程至关重要,高温下不同汽油替代燃料表现出一定的相似性,而低温呈现差异性;H自由基浓度是影响层流火焰传播速度的根本原因,决定了替代燃料火焰传播速度的大小;汽油替代燃料模型中甲苯/二异丁烯总含量决定了其PAHs和碳烟排放水平。