探索生物质能高效转化利用、开启生物质能替代空间是助力“碳达峰、碳中和”愿景实现的重要途径之一。生物柴油、燃料乙醇作为最重要的生物质液体燃料,以可再生、低碳清洁等特性,成为传统能源重要的替代品。在众多生物质燃料能量转换形式中,实现完全充分燃烧是最直接高效的生物质能源利用形式。目前,如何提高燃料的燃烧稳定性、燃烧效率及明晰路径衍化历程是亟待解决的问题,燃烧反应动力学与燃烧特性试验相结合是攻克上述难题的必要条件。生物柴油燃烧模型由成百上千个化学反应组成,形成一个包含所有组分的机理不太实际,故采用构建替代模型的方法来复现真实燃料的燃烧性质,其中反应路径的确定及燃烧速率常数的获得是燃烧反应动力学研究的重点与难点。采用量化方法可打破试验测量的局限性,获得与试验结果相媲美的动力学数据。因此,本文以生物柴油及生物柴油/乙醇双燃料为研究对象,基于量化方法展开生物柴油中大分子体系动力学参数计算,探究燃料燃烧火焰特性及路径衍化历程。取得成果如下:厘清生物柴油及双燃料中各组分与理化性能指标之间的内在关系,可为实际燃烧过程提供理论基础。首先,检测生物柴油着火性能及低温流动性能指标。采用积分法构建棕榈酸支链酯反应动力学模型,实现空间结构的差异变化改善生物柴油低温流动性能。其次,针对双燃料组分冗杂,测量繁琐等问题,引入相对键长及支化度重构混合拓扑指数（Gm）模型,开展双燃料物性参数定量结构性质关系（QSPR）拓扑预测研究。结果表明,线性模型更准确反映Gm与热值、密度的相关性;模型y=ae-x/t+y0和y=（a+bx）/（1+cx+dx~2）更适合反映Gm与运动粘度、凝点的相关性。最后,基于L-B混合规则,建立Gm与双燃料临界参数QSPR拓扑预测模型。通过内部验证及外部验证分析,证明所建立预测模型的可行性。开展生物柴油表征燃料及乙醇详细燃烧机理简化研究,通过滞燃期、重要组分浓度及火焰传播速度等燃烧试验数据得到验证。基于量化方法获取癸酸甲酯分子与H、OH、HO2及CH3自由基氢提取及单分子解离反应动力学参数。考虑高精度方法计算大分子体系需要耗费较多时间和资源,甚至无法达到目标,应用分层ONIOM[QCISD（T）/CBS:DTF]方法建立癸酸甲酯与自由基氢提取及解离反应能垒。针对分层ONIOM中低层最优方法及活性位置选择等问题,首先,基于八种密度泛函方法对丁酸甲酯、巴豆酸甲酯、己酸甲酯及庚酸甲酯进行几何结构优化并展开键长、键角及键能计算,通过全局标准绝对偏差明确了M06-2X为最佳优化方法。其次,采用M06-2X方法实现全局及局部反应活性的可视化,确定分层ONIOM中最佳活性位置。最后,基于传统过渡态理论和变分过渡态理论结合Ki SThel P计算反应速率常数,构建生物柴油燃烧反应动力学模型。结果可知,工况相对误差由简化机理的30%以内减小到20%以内,且更新机理可以较准确预测出重要组分浓度生成及消耗规律。深入开展生物柴油/乙醇双燃料燃烧反应动力学及燃烧火焰特性试验研究。首先,基于“解耦方法”形成了183个组分,855个反应的双燃料燃烧反应动力学机理。通过反应速率分析方法探析生物柴油表征燃料的低温及高温燃烧阶段反应路径,研究乙醇对双燃料反应路径及相关反应的影响机制。其次,搭建生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统结合平面激光诱导荧光诊断技术进行同步测量试验,探究生物柴油及双燃料火焰高度、火焰锋面面积及OH自由基分布特性。提出一种以数学形态学为基础的计盒维数-腐蚀法运用到火焰波动性诊断,采用分形维数斜率平均值来反映火焰波动性。最后,开展双燃料OH燃烧反应动力学分析,探索火焰OH强度变化规律。结果表明,小桐子生物柴油火焰高度随着当量比的增加而增大,火焰锋面面积随当量比增加先降低后增大。随着乙醇调和比例增加,双燃料火焰锋面面积及OH强度都呈现下降趋势。由双燃料路径及OH相关反应速率可知,乙醇通过脱氢反应消耗OH远大于表征燃料产生的OH,且OH消耗速率远大于生成速率。故OH强度随着乙醇调和比例增加而降低,模拟与试验结果得到验证。本文基于量化计算构建生物质液体燃料燃烧反应动力学模型,阐明乙醇对生物柴油及双燃料的反应路径影响机制,揭示了燃烧过程重要中间产物衍化历程,开展了生物柴油及双燃料燃烧火焰特性试验研究,为工程燃烧过程提供理论及数据支撑。