燃油喷雾对发动机的工作过程至关重要,直接影响到发动机的燃烧及排放性能,对于节能和净化具有十分重要的意义。作为与燃油喷射直接相关的燃油喷嘴具有极其重要的作用,深入研究喷孔内部燃油的流动状态,揭示燃油射流的破碎特征,是本文研究的关键所在。高压下的喷孔内部流动属典型的多相流运动。本文借助于CFD手段,基于欧拉-欧拉法的两相流模型,对喷孔内部的空化流动特性进行了全面的数值模拟。结果表明,提高喷射压力,降低出口处压力,均有利于孔内空化现象的发展;喷孔长度在一定程度上约束了空化的形成;增大喷孔入口圆角半径,易使得燃油流动变得更加通畅,不利于空化效应的产生。在保持空化数和雷诺数均不变时,较大的压差使得孔内的流动更加剧烈和不稳定,空化效应较强。雷诺数越大,孔内湍流状态越强,空化效应越明显,孔内的高湍流强度加速空化气泡的溃灭,碎裂的气泡一定程度上使湍流变得更强,进一步促使空化效应的发生。考虑到喷孔的工作环境和实际结构,很难直接观察到真实喷嘴内的空化现象。本文根据相似理论,在满足结构相似、动力相似和边界相似等的前提下,设计放大20倍于真实喷嘴的大尺度喷嘴试验系统,利用高速摄像机,采用纹影法拍摄喷孔内部的空化现象。结果表明,较高的喷射压力容易促使空化的发生,并可能产生超空化状态,环境背压在一定程度上对空化起到抑制的作用;在各种结构因素里,入口处圆角半径和喷孔倾斜角对喷孔内部空化效应的影响较其它更为明显;对比雷诺数和空化数对空化的影响,可发现后者的影响更为明显。空气动力、湍流扰动、孔内空化,被公认为是燃油射流破碎的三大原因,空化对油束的分裂雾化有着本质的影响。本文正是基于这一思想,运用喷孔内部流动特性计算的结果,尤其考虑了空化效应,通过将出口状态赋予喷孔外部模拟的边界,在欧拉-拉格朗日法的框架内,对喷孔外部的射流破碎进行了数值模拟。结果表明,空化气泡在喷孔出口处溃灭致使液体射流表面产生强烈的扰动,对初始雾化具有较大影响,进而影响二次雾化,加速液体射流的破碎。较高的喷射压力,使得液滴的SMD变得更小,有利于射流的雾化。过大或过小的入口处过渡圆角半径和喷孔倾斜角并不一定能产生最好的雾化效果,选取时需慎重考虑。本文还将数值计算的结果与真实喷嘴的试验值作了对比,增强了模拟计算的可信度和本文研究的可靠性,对进一步揭示射流破碎的机理具有重要的意义。