开发新型清洁燃料,通过燃料设计、燃烧参数优化以实现对燃烧过程的调控是燃烧科学研究的重要内容。而理清燃烧过程中污染物形成、点火等方面的机制,并发展具有预测能力的燃烧反应动力学模型是实现以上目标的重要步骤。本文针对几类新型含氧燃料——碳酸酯类、酮类和多醚类等,选取其中具有代表性的典型化合物,包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、环戊酮、3-戊酮、乙二醇二甲醚和二甲氧基甲烷,开展燃烧反应动力学研究。实验方面,选取合适的诊断方法测量了目标燃料在不同工况下详细的组份信息;动力学模型方面,通过高精度理论计算获取了关键基元反应的速率常数,在此基础上发展了经过验证的具有良好预测性能的燃烧反应动力学模型。在实验和模型的基础上,本文重点关注含氧燃料实际使用中两方面的重要特性:污染物形成与点火性能,并试图揭示含氧官能团与上述燃烧特性之间的关联。通过对碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的在热解和火焰条件下的研究,发现碳酸酯官能团的存在,会导致该类燃料具有特殊的单分子解离通道,且在燃烧条件下极易生成CO₂,因此燃料中的一个碳原子需要与两个氧原子相结合而被固定,以减少参与碳烟前驱体的形成,燃料中氧原子利用效率较低。通过对环戊酮和3-戊酮火焰化学的研究发现,羰基官能团碳-碳双键结合牢固,在燃烧条件下主要以CO形式释出,将燃料中的碳链片段化,阻止大分子碳氢中间体直接通过燃料消耗生成,同时,燃料中的羰基氧不会直接生成小分子醛、酮污染。通过对两种典型多醚类燃料在低温氧化条件下的反应动力学研究发现,乙二醇二甲醚具有显著的低温氧化活性,这是由于其氧化体系中发生了二次加氧反应及后续的链分支反应。二甲氧基甲烷则几乎不具有低温氧化活性,这是因为其主要燃料自由基在低温条件下便快速分解,不能发生加氧及后续反应。可见在低温氧化条件下,醚官能团对反应活性的影响较为复杂,需要考虑具体的燃料分子结构及复杂反应网络的影响。为了揭示燃烧过程中含氧添加剂与基底碳氢燃料反应网络中潜在的交互影响。选取乙烷掺混碳酸二甲酯（或二甲氧基甲烷）和苯掺混乙醇（或二甲醚）两个典型体系,在层流预混火焰条件下,通过改变初始燃料组成研究含氧燃料的添加对燃料消耗路径、中间产物及污染物排放的影响。结果表明在预混火焰条件下,含氧添加剂与碳氢燃料间并不存在复杂的化学耦合作用。