随着柴油机动力性和排放性要求的不断提高,电控喷油技术不断发展,喷油压力不断提高,高压喷嘴内部的空化现象受到广泛关注。空化对柴油机性能有显著影响,一方面它会减小喷孔的有效流通面积,降低喷油量;另一方面能增大喷雾锥角和雾化程度,促进燃油的燃烧,降低碳烟的形成。在电控喷油系统中,空化程度主要喷嘴结构和针阀控制规律决定。本文提出了一种针阀尖端带刻沟的喷嘴,利用数值方法对刻沟结构和针阀控制规律,即喷油脉宽和针阀响应速度,进行了空化流动特性研究,以达到对空化的控制和优化,为高压喷嘴的设计和结构优化提供重要的理论依据。首先,基于RANS方法建立了喷嘴内部空化流动计算所需的数学物理模型,通过Winklhofer的空化流动试验完成了数学物理模型的验证,验证结果表明所建立的模型能较好的捕捉到喷孔内部空化流动现象的特征和流动参数,可以使用该模型对高压喷嘴内部空化流动现象做进一步的深入研究。其次,借助ANSYS FLUENT模拟喷嘴内部三维瞬态流动过程,对比普通喷嘴内部流动特性,开展了大喷油脉宽下针阀刻沟对空化流动的影响分析,结果表明刻沟导致喷孔空化初生程度增大,喷嘴喷入燃烧室内的空泡数增多,而喷油量牺牲小。在此基础上,开展了刻沟的结构参数的影响研究,深入研究了不同深度、不同数目以及不同倾角的刻沟对喷嘴空化流动特性的影响规律,结果表明在特定的针阀控制规律下,刻沟深度为0.005mm、倾角为0°的单刻沟对喷嘴内部空化流动的积极影响最显著。最后,探讨了刻沟结构在不同的针阀控制规律下对空化流动的影响机理和针阀控制规律与刻沟结构对空化流动关键参数的耦合效果。结果表明,喷油脉宽和针阀响应速度的改变使刻沟对空化流动的影响规律不同;小喷油脉宽时,针阀响应速度对喷嘴内部空化流动的影响显著,刻沟结构的影响可忽略;中等喷油脉宽时,针阀响应速度和刻沟结构对空化流动的关键系数的影响程度相当;大喷油脉宽时,刻沟结构对空化初生和雾化的影响显著,针阀响应速度对喷油量的影响显著。