现代发动机燃烧仿真需要准确的燃料化学反应动力学机理，由于实际的汽油组分非常复杂，需要构建准确的汽油替代燃料的化学反应动力学机理模拟实际汽油性质。我国汽油中烯烃，尤其是戊烯，含量很高，是汽油替代燃料的重要组成部分，因此，需要建立准确的戊烯化学反应动力学机理。已有的戊烯化学反应动力学机理存在很大的局限性，缺乏宽广工况范围的基础燃烧表征参数的验证。着火延迟期及层流燃烧速率均是验证详细化学反应动力学机理的重要基础燃烧表征参数。目前，对戊烯的基础燃烧研究主要集中于低压下1-戊烯的自着火特性方面，关于1-戊烯高压条件、2-戊烯和2-甲基-2-丁烯的自着火特性研究，以及戊烯的层流燃烧特性的研究非常有限。　因此，本研究在国家自然科学基金资助下　，在激波管和定容燃烧弹实验平台上，系统开展了戊烯同分异构体（1-戊烯、2-戊烯和2-甲基-2-丁烯）的自着火及层流燃烧特性研究，研究了分子结构（双键位置及支链结构）对着火及层流燃烧特性的影响，并为验证化学反应动力学机理提供了准确的实验数据。为了深入认知双键结构对着火及层流燃烧特性的影响，本文还选取了正戊烷与直链戊烯进行对比。基于本文和文献中的实验数据，优化了戊烯同分异构体化学反应动力学机理。利用优化后的机理，结合数值模拟及动力学分析，阐明了不同分子结构（双键及其位置、支链结构）对燃料着火及层流燃烧特性的作用机制。论文的主要创新成果有：
（1）系统开展了宽广工况范围下戊烯同分异构体和正戊烷的层流燃烧速率及着火延迟期的实验测量，补充了戊烯同分异构体的层流燃烧速率及着火延迟期数据库。研究了分子结构、初始温度和初始压力对层流燃烧速率的影响规律。实验表明在直链C5化合物（1-戊烯、2-戊烯和正戊烷）中，正戊烷的层流燃烧速率最低，明显低于直链烯烃，1-戊烯的层流燃烧速率最高，2-戊烯的层流燃烧速率略低于1-戊烯；在戊烯的三种同分异构体中，2-甲基-2-丁烯的层流燃烧速率明显低于直链戊烯。研究了当量比、压力和分子结构对戊烯着火延迟期的影响规律，获得了着火延迟期的Arrhenius关系式。自着火实验表明，三种直链C5化合物的着火延迟期相对大小呈现出温度依赖关系，其中1-戊烯的着火活化能最低，2-戊烯次之，正戊烷最高，即在较高温度区域，着火延迟期呈现出1-戊烯＞2-戊烯＞正戊烷的倾向，在较低温度区域则呈现出相反趋势；戊烯的三种同分异构体中，2-甲基-2-丁烯的着火延迟期明显高于直链戊烯。
（2）根据烯烃的分子结构特点，通过速率常数优化及补充缺失反应，在爱尔兰高威大学NUI-PI机理的基础上，针对三种戊烯同分异构体子机理中的单分子裂解反应、逆烯反应、加成反应、脱氢反应及C5中间产物反应进行了优化。改进后的机理预测值与本文和文献中的数据吻合良好，并且较原机理具有更为合理的反应路径。
（3）通过热力学和化学反应动力学分析，阐明了C5碳氢化合物的分子结构对层流燃烧速率的影响机制。研究发现，正戊烷层流燃烧速率比直链戊烯低主要由热力学因素导致，而戊烯同分异构体间层流燃烧速率的差异则主要由化学反应动力学因素导致。1-戊烯单分子裂解反应及脱氢反应的后续产物会生成较多稳定的烯丙基，2-戊烯的中间产物中含有大量相对稳定的双烯，二者具有相似的反应活性，因此层流燃烧速率非常接近；2-甲基-2-丁烯中会生成大量稳定的中间产物（异戊烯基、异戊二烯基、异丁烯和甲基），因此其层流燃烧速率明显低于直链戊烯。
（4）通过开展着火过程的化学反应动力学分析，阐明了C5碳氢化合物分子结构对着火延迟期的动力学影响机制。研究表明，在较高温度区域，燃料的中间产物对着火影响显著，在三种直链C5化合物中，正戊烷的中间产物活性最高，而1-戊烯的中间产物活性最低，2-戊烯的中间产物活性介于二者之间，造成了着火延迟期的差异；在较低温度区域时，燃料消耗速率对着火有明显影响，正戊烷燃料消耗最慢导致其着火延迟期最长，1-戊烯燃料消耗最快，并且其重要中间产物烯丙基对着火的抑制作用减弱，故着火最快，呈现出与较高温度区域相反的着火延迟期顺序。2-甲基-2-丁烯中燃料主要通过脱氢反应而非单分子裂解反应进行消耗，并且会生成大量稳定的中间产物，降低了整体反应活性，因此相较于直链戊烯具有更长的着火延迟期。
（5）总结归纳了分子结构（碳链长度、双键位置和支链结构）对烯烃同分异构体高温着火特性的影响机制。研究发现双键由链端向链中移动以及支链结构的引入均会导致烯烃中饱和碳链长度的减小，若这一改变造成烯烃中烯丙位碳碳键的缺失，则会导致该烯烃较其1-烯烃同分异构体的活性明显降低；若原始饱和碳链长度较长，烯丙位碳碳键仍然存在，则烯烃同分异构体高温活性方面的差异需要则需要进一步考察其后续的中间产物。