二甲醚(DME)作为高效清洁的柴油代用燃料,在压燃式和均质压燃式(HCCI)发动机中有广泛的应用前景。研究二甲醚喷雾的动力学特性及其与空气的相互作用,对提高DME喷雾的混合与燃烧性能,具有重要的理论和现实意义。本文以国家973项目“二甲醚燃烧边界条件与燃料化学协同控制关键科学问题的研究”为背景,采用先进的测试手段和数值模拟软件,着重研究了二甲醚喷雾发展的宏观结构及微观速度特性,为二甲醚发动机的设计、开发与应用提供了依据。在广泛阅读相关文献资料的基础上,首先对燃油喷雾雾化理论、喷雾测试方法及喷雾过程数值模拟的发展现状进行了综合评述。经过论证分析,确定采用数字式粒子图像测速技术(DPIV)开展二甲醚的喷雾测试研究。论文介绍了DPIV技术的测试原理和系统组成,建立了基于DPIV技术的DME喷雾特性测试专用实验台架,并对喷雾试验方案以及试验过程中的关键技术问题进行了探讨。借助于二甲醚喷雾特性的可视化技术和DPIV试验测量,深入研究了二甲醚喷雾的宏观形态和表面波动现象,定性研究了其浓度分布,揭示了闪急沸腾现象的机理、发展过程及对喷雾特性的影响,获得了喷油参数及环境参数影响二甲醚喷雾宏观特性的规律性认识。为了加深对DME喷雾特性的理解,作为实验研究的一个重要补充,本文还开展了喷雾过程的数值模拟研究。通过建立喷雾各相和喷雾各子过程的数学模型,应用实验得到的初始与边界条件,对二甲醚和柴油喷雾特性进行了数值模拟与变参数分析,并对模拟计算结果进行了实验验证和讨论。最后分析了DME喷雾的速度场、涡量场等微观特性,阐明了二甲醚喷雾速度特性的影响因素。通过对试验数据进行归纳分析,揭示出DME喷雾断面速度分布所具有的自模性,并据此提出了DME喷雾速度的无因次分布数学表达式。