柴油喷雾油气混合过程是影响柴油机燃烧和排放性能的重要因素之一。目前虽对柴油喷雾过程进行了大量研究,但在试验分析方法、喷雾破碎模型、油气混合特性方面尚待进行深入研究。因此本文通过试验和仿真相结合,对柴油喷雾特性及油气混合过程效果评价方法进行了研究,并利用相关研究成果探索了导流型燃烧室在低过量空气系数下的混合特性及机理。通过喷雾高速摄影直拍和纹影测试研究,分别开发了基于“双峰法”取阈值原理的直拍图像处理程序和基于相邻图像相减再叠加原理并进行以“孤点去噪”为特点的纹影图像处理程序。后续应用证明其计算效率较高,且对不同拍摄条件下的图片适应性较强。基于喷雾特性试验,研究了背景温度、背景密度、孔径和喷油压力对气相体积百分比和雾注平均过量空气系数的影响及灵敏度规律。随背景温度、背景密度、喷油压力的增加或者随孔径的减小,气相体积百分比逐渐增大。背景温度对雾注气相体积百分比影响的灵敏度最大,其次是孔径和喷油压力、背景密度。随背景温度、背景密度、喷油压力的增加或者随孔径的减小,雾注平均过量空气系数逐渐增大。喷油参数孔径和喷油压力对雾注平均过量空气系数的影响灵敏度较高,而环境参数背景温度和背景密度对雾注平均过量空气系数影响的平均水平要略小。基于喷雾过程仿真,研究了不同的影响因素对WAVE模型中破碎时间常数C2值的影响规律。研究发现,喷孔直径、喷油压力、背景密度对WAVE破碎模型C2值设置影响可忽略,而背景温度影响较大。背景温度越高,C2值应越小,二者近似服从反比例变化。依据此规律提出了基于背景温度的变C2修正WAVE模型,并分析了背景温度对喷雾过程中油滴平均相对速度的影响规律,探究了背景温度对C2值影响的原因。基于背景温度变C2的修正WAVE模型,计算得到的喷雾液相贯穿距离随着环境温度升高有明显的缩短,其仿真结果更加合理,有效提高了仿真计算精度。通过研究分析提出了一系列喷雾油气混合过程评价参数,包含燃烧室对油束影响及空间利用率评价、雾注油气混合总体特性评价、雾注内部油气混合浓度分布评价三个层面。并以此研究了低过量空气系数下卷流型燃烧室在喷雾油气混合特性上的优势及其机理。研究发现,总的过量空气系数从2.0降低到1.5时,燃烧室对油束影响的评价参数——浓混合气喷射方向平均速度均会减小,但ω型燃烧室此值减小对油气混合是不利的,而卷流型燃烧室此值减小对油气混合是有利的。总过量空气系数降低后,卷流型燃烧室的卷流效果增强,尽管在雾注平均过量空气系数反映出的雾注总体油气混合方面改善较少,但可以抑制由于低过量空气系数下空气密度减小造成的24当量比区间的浓混合气的增加,而且可以促进12当量比区间的可燃混合气增加,这是低过量空气系数下卷流型燃烧室混合燃烧方面具有优势的主要原因。