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能源短缺和环境污染是当前人类面临的两大威胁,成为当下迫在眉睫需要解决的问题。其中柴油机是石油能源的消费大户,同时柴油机的尾气排放问题也很严重。生物柴油和正丁醇混合燃料由于其优良的特性,近些年受到研究人员的广泛关注。本文按照体积比制备了两种不同掺混比的生物柴油/正丁醇混合燃料,并测定了混合燃料的理化特性。然后在一台高压共轨六缸直喷柴油机上进行负荷特性试验,研究了生物柴油正丁醇混合燃料的燃烧特性、经济性、排放特性以及超细颗粒物排放;在根据试验条件建立模型的基础上,利用AVL FIRE软件进行燃烧室内的网格划分,并进行了BD0、BD100、BD90N10、BD80N20四种燃料的燃烧过程模拟,研究四种燃料在缸内随曲轴转角的燃油质量分布、温度分布、氧浓度分布、NO分布和Soot分布。结果表明:(1)与生物柴油相比,随着正丁醇掺混比的提高,混合燃料的密度、粘度、低热值、凝点、冷滤点降低,氧含量升高;(2)小负荷时,燃油喷射分为预喷和主喷两个阶段,大负荷时为单次喷射,BD0的滞燃期最长,BD100的滞燃期最短,加入正丁醇后,混合燃料的滞燃期逐渐延长;随着正丁醇掺混比的增大,混合燃料的燃烧速度加快,燃烧持续期缩短,缸内平均温度升高;小负荷时,在预喷阶段,混合燃料的放热率峰值和压力升高率峰值降低并后移,在主喷阶段,缸压峰值、放热率峰值和压力升高率峰值增大,大负荷时,缸压峰值、放热率峰值和压力升高率峰值略有降低。(3)生物柴油正丁醇混合燃料的比油耗有所升高,有效热效率在小负荷时有一定降低,而大负荷时相比BD100略有升高;(4)与纯生物柴油相比,随着正丁醇掺混比的升高,混合燃料的NO_X在不同负荷下有着不同的排放规律,除HC排放升高外,CO和碳烟均有一定的降低。(5)随着正丁醇掺混比的提升,混合燃料的超细颗粒物数量浓度明显降低,同时几何平均直径减小;随着负荷增大,超细颗粒物数量浓度峰值位置逐渐从核态向聚集态移动;相比柴油,生物柴油和混合燃料具有更高的核态颗粒物占比。(6)仿真结果表明,生物柴油正丁醇混合燃料具有更高的缸内燃烧温度以及氧浓度,在改善了Soot排放的同时,NO排放有所上升,仿真结果与试验结果基本一致。