随着环境问题的日益突出,如何有效控制柴油机排放成为一项关键课题。柴油机排放特性很大程度上取决于燃油的燃烧效果,优化燃烧很重要的一项措施即是改善燃油的雾化效果。喷嘴内流作为燃油雾化的边界条件,对燃油雾化效果有极其重要的作用。基于此,本文在柴油机高压共轨燃油喷射试验台上,实现了高达110MPa喷射压力下的原微小尺寸透明喷嘴内部瞬态流动的可视化,重点围绕喷嘴内部所存在的特殊的线空化现象、孔内初始气泡等特殊的流动现象及其对喷雾结构及喷雾形态的影响开展研究,全文主要的研究内容及创新点如下:(1)基于柴油机高压共轨式燃油喷射系统搭建了高达110MPa喷射压力下的原微小尺寸透明喷嘴内流及喷雾的可视化试验台。(2)开展在针阀快速运动过程中的喷嘴内空穴瞬态流动特性的研究,得出,线空化是一种呈概率性出现的特殊空化现象,观察到了源自针阀头部并发展至喷孔内部以及连接两孔的两种类型的线空化,研究了喷射压力、针阀升程、压力室大小对两种不同类型的线空化出现频率的影响特性。发现α型线空化在低针阀升程时出现,其出现概率不受喷射压力及压力室大小影响;β型线空化在高针阀升程时出现,其出现概率与燃油喷射压力呈正相关,与压力室大小呈负相关。(3)在渐缩型喷孔中避免了几何诱导空化的干扰,清晰观察到了线空化现象。研究得出,线空化刚出现时对喷雾的影响不大,但当线空化从喷孔出口延伸出孔外时便会对喷雾锥角产生极大的增大作用;线空化对几何诱导空化具有一定的促进作用。(4)当针阀开始抬起时,燃油从喷嘴内的喷出具有一定的延迟,其中包含了初始气泡的倒吸和受压缩这两个过程。气泡倒吸是因为针阀刚抬起时针阀空间的置换导致,这种现象还存在于喷油结束阶段,当针阀落座后,由于惯性作用,燃油继续喷出孔外,导致压力室和喷孔内形成负压,形成倒吸现象,在喷孔及压力室内形成的气泡最终将成为下一个喷油周期的“初始气泡”。(5)喷孔内的空化现象发展出孔外,造成对喷雾的扰动是“伞状”喷雾形态出现的原因所在。喷射压力越高,“伞状”喷雾出现的时间越早,但喷射压力对“伞状”喷雾出现的位置影响不大。喷孔内“初始气泡”的不同会导致不同的喷雾形态,当孔内初始气泡以小气泡为主时将出现“蘑菇云”喷雾。