1. 研究背景

   我国机动车保有量达3.27亿辆，居世界第一，其中柴油机是消耗能源的大户，其排放的尾气也造成了严重的环境污染。同时，我国石油资源短缺，截至2018年底，中国当年进口石油4亿多吨，对外依存度高达69.8％。为了解决愈加严峻的能源短缺问题和为了应对愈加严格的关于尾气排放的法律法规，采用新型的生物质能源来代替传统的化石能源将是一个很好地解决办法。其中，生物柴油是近年来备受关注的柴油机代用燃料，它是提炼自可再生生物资源的酯基氧燃料的统称，来源十分广泛。随着技术的进步，通过工程微藻可以以较低的成本来制备大量的生物柴油，因而具备了工业推广的应用条件。

   生物柴油与传统的柴油相比，具有较高的十六烷值，着火性能要优于传统柴油^[10]。此外，传统柴油不含有硫和芳香烃，因而其燃烧后排放的污染很小；同时它的闪点较高，多在100℃以上，降低了自然自爆的可能性，保证了存储和运输过程中的安全。但生物柴油有着粘度大、低温流动性差的缺点，所以需要向生物柴油中掺混一定比例的醇类燃料，从而降低生物柴油的粘度，增强雾化性能和冷启动性，有利于柴油机的燃烧。在广泛的醇类燃料中，丁醇具有低腐蚀性、低自燃温度和高热值的特点，成为了一种很有发展潜力的生物燃料。当前进行的研究很多都是将正丁醇与柴油或生物柴油掺混，研究其燃烧与排放性能，关于将异丁醇与生物柴油掺混的研究报道较少。异丁醇作为正丁醇的同分异构体，可以与生物柴油以任意比例掺混，可以从非石油原料中制取，属于可再生燃料。相关研究表明：燃料分子结构会影响燃料的燃烧排放，掺混异丁醇的燃料具有更高的缸内爆发压力，燃烧后的碳烟排放量略低于正丁醇与生物柴油的掺混燃料。所以，通过对异丁醇/生物柴油混合燃料的缸内燃烧进行模拟仿真和实验设计，对探索高效清洁的可再生生物质能源提供有价值的指导。

2. 国内研究现状：

天津大学的王鑫等人^[1]对正丁醇/生物柴油双燃料的燃烧过程进行了数值模拟研究，结果显示：模拟所得缸压和放热率趋势与实验室大致相同，CO、HC、NOx和碳烟排放预测结果较好。

天津大学的黎长乐^[2]通过进行正丁醇及其同分异构体对柴油机低温燃烧影响的实验发现：柴油在分别掺混了丁醇的四种同分异构体之后，异丁醇的滞燃期与燃烧持续期最长，并且在最高的掺混比的条件下，有较为明显的降低碳烟排放的作用。

顾小磊等人^[3]通过一台V6发动机研究了柴油中掺混正丁醇和异丁醇在不同转速，不同的EGR率和不同的喷油时刻下对燃烧与排放性能的影响，结果表明：异丁醇缸内压力和预混放热率比正丁醇要高，但掺混丁醇对NOx的排放影响不大，CO与HC的排放都保持在较低的水平。

长安大学的陈阳^[4]通过制备不同掺混比的生物柴油/正丁醇混合燃料，在一台高压共轨六缸直喷柴油机上进行负荷特性实验，研究了生物柴油/正丁醇混合燃料的燃烧及排放特性。实验表明：混合燃料燃烧时缸内的平均温度升高，混合燃料的NOx排放在不同的负荷下排放规律也不同；CO与碳烟的排放有一定的降低，但HC的排放升高，比油耗也有所上升。

3.国外研究现状

与国内研究相比，国外的研究者们也大都认为生物柴油与丁醇的混合燃料能够提高放热效率，降低碳烟排放，有利于改善排放性能^[12-14]。Rakopoulos等^[5]研究了正丁醇掺混柴油燃烧、排放以及有利于燃烧噪声性能特性。结果表明：柴油掺混丁醇之后可以降低颗粒物的排放，但NOx的排放量稍有增加。除此之外，国外的研究者们还研究了醇类物质的分子结构对碳烟化的影响趋势：Ladommatos等人^[6]的研究发现，丁醇的分子结构是影响碳烟前驱物生成的关键，C链长度，支链的数量、位置和长度也会影响碳烟的生成能力。