第三代SHELL高温(1500℃)高压(4.1MPa)干煤粉气化技术以其高转化率得到了广泛地应用,但由于采用合成气激冷,除了高昂的设备费,腐蚀和磨损也会导致极高的运行成本。采用水激冷可以降低设备投资和运行成本,但还没有在煤化工领域成功应用的报道。本文以高温(1500℃)高压(4.1MPa)上行干粉煤气化水激冷技术为背景,研究高温高背压条件下,射流喷嘴结构参数、喷射压力、背压和温度对水射流蒸发雾化的特征参数,如喷嘴流量系数、扩张角、粒径分布、速度场及穿透距离等的影响,为工业应用提供理论和技术支撑。喷嘴流量系数是喷嘴设计的一个重要参数,通过实验研究3支锥形进口喷嘴的流量系数与背压,喷射压力以及喷嘴结构参数之间的关系,结果表明：湍流条件下,流量系数受Re数控制,在一定背压下,当Re数达到第一临界Re数时,喷嘴内部流动由湍流状态转变为空穴流动状态,此时喷嘴流量系数受空穴数控制；当Re数达到第二临界值时,喷嘴内部流动转变为返回流,此时喷嘴流量系数保持不变；临界空穴数为喷嘴内部流动由湍流过度至空穴流时对应的空穴数,其随着背压升高而增加。本文通过数值方法研究高温高背压下水滴的蒸发特性,通过MIE理论研究了水滴的辐射特性,利用灰体模型计算水滴表面辐射换热,研究环境温度500℃-1500℃,背压1MPa-4MPa,水滴初始直径50μm-500μm以及不同来流速度下水滴蒸发过程,结果表明水滴的吸收系数随着环境温度升高而减小,随着水滴温度升高而减小,随着水滴直径增加而增加；静止条件下一定直径水滴蒸发寿命受背压和环境温度竞争控制；对流条件下,水滴寿命随着背压升高而缩短；在考虑水滴运动蒸发时,水滴直径对蒸发寿命和穿透距离起决定性作用。本文选取7支不同结构尺寸的锐边进口和锥形进口喷嘴为研究对象,研究喷嘴结构、环境压力(气体密度)和喷射压力对雾化锥角的影响,利用闪光摄影法获得喷雾图像,通过图像处理并利用CAD软件进行喷雾锥角测量,主要结论如下：锐边进口喷嘴在相同Re数下,在长径比1/d相差不大情况下,所获得喷雾锥角要大于锥形进口喷嘴；喷雾锥角随着Re数增加而增加；在相同Re数下,随着环境气体密度增加,喷雾锥角增加；喷嘴直径对射流刚性影响较为明显；喷雾锥角受环境密度影响要远大于喷嘴内部空穴的影响,但在喷嘴出口附近喷嘴内部的超空穴状态对雾化影响是非常重要的。最后对锥形进口喷嘴雾化性能影响因素进行研究,喷嘴直径为1.1mm,喷嘴长度为7mm,研究背压和喷射压力对射流雾化的影响,利用PIV(粒子图像速度仪)获得喷雾的瞬态图像和瞬时速度,结果表明：水射流雾化受到背压影响明显,随着背压升高,相同喷射压差下,雾化增强；较低背压的图像结果表明,射流破碎后水滴主要集中在射流轴线附近,雾化效果差；随着背压升高,水滴在喷雾锥角内实现了较均匀分布；低背压时射流径向速度沿半径衰减较快,而随着背压升高,径向速度衰减变慢；在利用动量定理计算射流破碎后速度沿前进距离衰减规律时,只有在雾化较充分时才可以假设喷雾角内水滴与气体速度相同。