面对日益严峻的能源危机和环境污染问题,各国纷纷制定严格的排放法规,天然气发动机因其良好的排放性和经济性得到了快速发展。天然气喷射阀是天然气发动机中执行燃气喷射动作的重要部件,其喷射特性直接决定天然气-空气的混合气质量,从而影响天然气发动机的燃烧特性和排放性能,因此,有必要开展外开式天然气喷射阀喷射特性的研究。在本文中,首先分析了单喷孔燃气射流宏观参数的定义方法,确定了适用于外开式天然气喷射阀的宏观射流特性参数的定义,开发了外开式天然气喷射阀射流图像处理软件,实现了燃气射流图像的快速处理和宏观射流参数的准确提取。采用纹影可视化方法,在定容弹上开展了不同压比下宏观射流特性的实验研究,揭示了压比对射流贯穿距、自相似系数和射流不对称性等宏观射流特性参数的影响规律和机理。然后,针对天然气微观射流特性开展研究工作,提出了基于纹影图像实验数据的微观射流特性参数的定义方法和计算公式,分析了压比对平均当量比和摩尔分数等微观特性参数的影响规律,定量评价了外开式天然气喷射阀的天然气-空气混合质量和浓度分布的不均匀性。最后,建立了外开式天然气喷射阀动态喷射计算模型,采用实验数据验证了模型的准确性,基于校核过的计算模型开展了针阀升程、针阀直径和阀座内径等关键结构因素对循环喷气量影响规律的仿真研究,全面揭示了外开式天然气喷射阀的喷射特性,为天然气喷射阀的优化设计提供了理论支撑。