柴油机作为耗油多的动力机械和最大的城市空气污染源之一，其节能和环保日益受到人们的重视。燃油喷射和混合气形成过程是影响柴油机燃烧过程和排放物生成量的重要因素，因此开展喷雾过程研究对于优化喷射和混合气形成过程有着重要的意义。近年来，随着柴油机燃油喷射压力的提高和缸径的小型化，喷雾撞壁现象已经不可避免，因而积极利用碰撞喷雾以改善混合气质量成为一个重要的研究主题。 积极利用碰撞喷雾的关键之处在于要确保喷雾碰撞后与燃烧室壁面剥离，这样就可以利用碰撞来增强喷雾扩散，并且避免了大量燃油在燃烧室壁面的堆积。设计特殊的燃烧室形状和喷嘴锥形套是两种典型的可以实现碰撞喷雾与壁面剥离、进而改善混合气质量的方法，本文设计了可以使碰撞喷雾与燃烧室壁面剥离的新型燃烧室，并对喷油嘴锥套碰撞方式提出了改进型的方案——半碰锥套碰撞方案和多片喷雾导向套方案。 为利用可视化方法研究碰撞喷雾的空间分布特性，作者设计、加工了整套喷雾可视化系统，并利用了该系统对平板碰撞喷雾和上述新的碰撞喷雾进行了高速摄影研究，分析了各种方案下碰撞喷雾的贯穿距、展开角、喷雾面积等参数的影响因素和变化规律。结果表明：本文所设计的新型燃烧室可以有效地使碰撞喷雾与燃烧室壁面剥离，改善缸内混合气质量；半碰锥套碰撞方案和半碰多片喷雾导向套方案可以增加油嘴锥套碰撞方式下的喷雾贯穿距，改善对燃烧室外围空气的利用。 最后，应用AUL Fire软件对碰撞喷雾过程进行了初步数值模拟，建立了计算网格，定义了壁面边界和初始条件，耦合基本流动方程和喷雾计算子模型，分别完成了平板碰撞和新型燃烧室壁碰撞过程的三维数值模拟计算。计算结果和高速摄影结果有着较好的吻合度。