柴油机作为重要的商用和军用机械，在当今社会中发挥着重要作用。由于柴油机所处的工作环境差异巨大，确保柴油机能在各种环境下稳定高效工作，对于民用和军用车辆都有着重要意义。发动机的功率和热效率很大程度上取决于燃烧效果，而燃烧效果又由燃油的雾化和油气混合情况所决定，所以可以说柴油缸内的燃油雾化效果和油气混合效果决定了柴油的性能。而在高寒和高原条件下，这一特性变得更加明显。　　对于柴油的雾化和破碎机理，国内外已经做了做了大量研究。但是，大多数喷雾实验的环境所模拟的环境温度和压力并没有达到柴油机工作时缸内的实际情况，所做分析也多是基于冷态喷雾特性，并不能准确的反映柴油的雾化过程。分析柴油的雾化特性必须对喷雾的相变过程做重点分析，并分别从气相和液相喷雾特性的角度出发，才能对燃油的蒸发和油气混合过程有更加清晰的认识。　　本文建立了可视化喷雾实验平台，其中的高压定容弹及加热系统使喷雾环境同时达到800K以上的环境温度和6MPa以上的环境压力，充分复现了柴油机喷油时刻的缸内环境。通过图像采集系统和纹影系统获得高质量的喷雾过程纹影图像。本文开发了一套喷雾图像处理程序，该程序可以准确的提取图像中的特征参数，并实现了气液两相喷雾的区分，为研究燃油的相变过程和油气混合特性提供了依据。　　本文对不同环境压力条件下的自由喷雾过程进行了分析，通过对喷雾气相轮廓变化特征以及气相喷雾的特征参数的研究，揭示了环境压力对燃油蒸发过程的影响规律;通过对液相喷雾的变化研究，分析了环境压力对喷雾破碎过程的影响，并对撞壁喷雾的空间发展特性和相变过程做了分析。结果表明:随着环境压力的升高，更多的液态喷雾发生相变，与周围的介质气体形成混合气，有利于油气混合及燃烧。当环境压力较低时，燃油喷雾会撞击壁面，且环境压力越低，在壁面形成的液态燃油堆积量越大，不利于附壁燃油的二次蒸发。同时本文分别研究了喷雾和液滴撞击不同温度壁面后的破碎过程，结果表明:随着壁面温度的增加，液滴撞壁后形成的卫星液滴粒径更小，液滴寿命更短，蒸发速度更快。　　同时，本文对环境温度在燃油雾化中的作用进行了研究，针对不同环境温度下的燃油蒸发情况和液相喷雾的变化规律进行了分析。结果表明:环境温度对燃油的雾化和油气混合至关重要，环境温度低于450℃时，燃油在喷雾过程中的吸热量小，燃油喷雾以液态为主。当环境温度增加至475℃以上时，燃油的蒸发情况有了大幅改观，液相喷雾比重降低。