液体射流是自然界和工程应用中广泛存在的现象,它的破碎雾化具有重要的理论意义和实际应用意义。自然界中的流体可以分为牛顿流体和非牛顿流体,绝大部分流体都属于非牛顿流体。对于牛顿流体的射流破碎现象研究者们已开展了广泛而深入的研究,取得了喜人的研究成果。但对于非牛顿流体特别是幂律流体,由于其自身的复杂性和多样性,对于其射流破碎尚有许多问题未认识清楚。本文即对于幂律流体射流破碎现象进行了理论和实验研究,以期揭示其射流破碎的机理和特征。首先,基于线性不稳定性理论,分别建立了幂律流体轴对称圆柱射流和平面液膜射流的模型,考虑了幂律流体特殊的本构关系,推导获得了各自的表征射流不稳定性的特征方程——色散方程,得到了不稳定表面波的增长率随波数的变化关系。所得到的色散方程,既适用于低速射流和高速射流,也适用于剪切变稀和剪切变稠流体。选取时间模式,对色散方程进行了数值求解,获得了各种参数对于射流不稳定性特征,如最大扰动增长率、占优波数、截止波数等的影响规律,揭示了幂律流体射流破碎的机理。研究结果表明,幂律流体的射流破碎是惯性力、粘性力、表面张力和气液相互作用力共同作用的结果,在不同的射流条件下,各种力所起的作用存在差异。对于圆柱射流,在低速射流即瑞利模式下,液体表面张力是促进射流破碎的因素,液体粘性力和幂律指数是抑制射流破碎的因素,气液相互作用力对射流破碎有一定促进作用。在高速射流即泰勒模式下,液体表面张力、粘性力和幂律指数都是抑制射流破碎的因素,气液相互作用力是促进液体射流破碎的因素。对于平面液膜射流,还存在对称扰动和非对称扰动两种不同的扰动模式。在对称扰动模式下,液体表面张力、粘性力和幂律指数都是抑制液膜射流破碎的因素,气液相互作用力是促进液膜射流破碎的因素。在反对称扰动模式下,液体表面张力是抑制液膜射流破碎的因素,气液相互作用力是促进液膜射流破碎的因素,液体粘性力和幂律指数对液膜射流的破碎影响不大。反对称扰动的增长率一般大于对称扰动的,因而控制液膜射流的不稳定性过程。不论是对于圆柱射流还是液膜射流,泰勒模式射流的不稳定性均大于瑞利模式的,更容易破碎。剪切变稀流体相比剪切变稠的流体,更容易破碎。其次,在以上工作的基础上,根据不稳定性理论,建立了幂律流体圆柱射流和平面液膜射流破碎特征的预测模型,可对各种条件下射流破碎的破碎长度和破碎尺度进行有效的预测,从而实现对射流更为有效的控制。这对于幂律流体射流的工程应用尤其具有重要的意义。最后,设计搭建了由液体输运与喷射系统、环境参数控制系统、形貌特征测量系统和粒径测量系统组成的幂律流体射流破碎实验系统,对三种选定的剪切变稀流体进行了研究。采用高速摄像技术分别研究了定容弹内圆柱形和液膜两种射流形式下的射流破碎发展过程和形貌特征,定义并提取了相应的形貌特征参数,研究了若干射流条件对射流破碎形貌特征参数的影响规律。采用相位多普勒系统在开放空间内测量了幂律流体射流在喷嘴下游破碎形成的液滴的粒径大小和分布。实验结果表明,对于圆柱及液膜射流,提高射流速度均促使射流破碎长度减小、喷雾锥角或射流扩散角增大,促进了液体射流的破碎;提高环境压力以及使用六氟化硫代替氮气作为环境气体可增大气液密度比,促进射流破碎;具有更小稠度系数和幂律指数的实验液更容易破碎。对于圆柱形或液膜射流,喷射压力越高,喷雾的索特平均直径(SMD)越小;在同一轴向位置处,SMD沿射流的径向呈对称分布,越远离射流中心SMD越大。实验结果与不稳定性理论分析所得到的预测结果相一致,两者相互验证和解释。