发动机代用燃料的开发与利用技术是目前车辆动力装置节能与环保的一个主要研究方向。论文研究目的为了缓解能源危机，减少环境污染，探索从低端地沟油生产生物柴油的新工艺方法，系统地研究了从地沟油制取生物柴油的理论和试验方法，柴油机燃用生物柴油的燃烧模拟和试验研究。主要进行了以下方面的研究工作。 1.通过对地沟油成分与结构分析，系统地研究了从地沟油制备生物柴油的生产机理，对传统的酯交换方程进行了修正补充，建立了酸败油在酸催化条件下的实际化学反应方程式，使甘油三酸酯和脂肪酸分别在同一系统中与醇类发生酯交换和酯化反应。通过正交试验，得到了地沟油在不同油醇摩尔比、催化剂用量、反应时间和反应温度下得到不同产率的生物柴油，发现甲醇反应最优方案为油醇摩尔比为1：30，催化剂用量为5％，反应时间6小时，反应温度65℃时，从地沟毛油制取的生物柴油最优理论产率为94.31％，比试验最佳产率高2.31％；乙醇反应最优方案为油摩尔比为1：30，催化剂用量为1％，反应时间为10小时，反应温度为78℃时，从地沟毛油制取生物柴油的最优理论产率为91.35％。比试验最佳产率高3.35％。对影响生物柴油产率的各种因素进行了详细分析，建立了在酸催化条件下从地沟油制取生物柴油的化学反应动力学方程。 2.基于生物柴油-柴油的燃料特性，系统地研究了柴油机缸内燃烧过程的多维数学模型和数值计算方法，对缸内湍流模型、喷雾液相模型、燃烧化学反应模型等进行了具体分析。采用RNGk-ε模型模拟缸内湍流流动，运用离散液滴的碰撞、破碎模型模拟了燃油喷雾的运动情况；采用扩展的Zeldovich机理与碳烟两步生成机理分别建立了氮氧化物和碳烟生成模型。 3.采用任意拉格朗日——欧拉法(ArbitraryLagrange-Euler)，对缸内工作过程的控制方程进行求解，在压力迭代过程中运用放大压力梯度法，在不改变其他参数的前提下，通过放大低马赫数流动的压力波动提高计算效率，对喷雾方程采用MonteCarlo法进行计算，较好地兼顾了油滴计算量与计算精度的关系。 4.在PC机上，通过重新设置变量和编写特定程序，对S195单缸涡流式柴油机的缸内工作过程进行了网格生成、求解器计算和后处理等过程的实现。应用FLUENT计算软件实现了缸内过程的实时模拟计算，得到了理想的计算结果，通过发动机台架试验，对计算结果进行了验证。 5.采用二阶隐含式非稳态计算方法，对于柴油和生物柴油在不同掺混比例下的燃烧过程进行了计算模拟与试验研究，发现各比例下的最高压力点均出现在上止点后7℃，在相同工况下，燃烧生物柴油产生的最高缸压比燃烧柴油要略有升高，约为3.1％；最高缸内温度大约升高7％。这主要是因为在相同负荷下，生物柴油的燃油消耗量高，虽然生物柴油的热值比柴油稍低，但总的放热量比柴油大造成的。通过计算发现生物柴油的NOx排放比柴油高，碳烟排放比柴油大大降低。 6.通过发动机台架试验，测试了S195单缸涡流室柴油机燃用不同掺混比例柴油和生物柴油的气缸压力随曲轴转角的变化关系；排气温度、动力性、经济性以及CO、HC、NOx和碳烟的排放情况，试验结果表明：相同负荷下，燃烧生物柴油的动力性增加，耗油量增加；压力和温度都比燃烧柴油时稍高；对于排气温度影响较小；NOx的排放随着生物柴油含量的增加而升高，而CO、HC和碳烟的排放随着生物柴油掺混比例的增大而降低。