燃油雾化特性是决定直喷式柴油机燃烧性能的重要因素之一。燃油雾化机理的研究将为喷油系统设计提供必要的理论依据。由于燃油雾化过程涉及空化流动、湍流脉动、流动失稳以及空气动力作用等众多复杂因素,目前人们对燃油雾化机理的认识还有待继续深入。众多研究成果已表明,燃油雾化特性受到喷嘴内流的影响；但由于人们对喷嘴内流及喷嘴内流-喷嘴外雾化的耦合作用机制缺乏深入理解,上述问题仍然是当前燃油雾化方向的研究热点问题。对燃油喷嘴内流以及喷嘴内流-喷嘴外雾化的耦合作用机制的研究将有助于加深对燃油雾化机理的理解,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文首先通过引入Schnerr-Sauer空化模型,建立了考虑空化流动的喷嘴内气液两相流动数学模型。在此基础上针对某一结构喷油器开展了喷嘴内流动过程的数值计算,通过对比实验结果分析了喷嘴内流数学模型的预测性能。通过建立的喷嘴内气液两相流动数学模型,研究了喷油系统参数(喷孔直径、喷孔长度、喷油压力和出口背压)对喷嘴内部流动的影响。重点分析了喷油系统参数对喷嘴内空化现象的影响。根据喷嘴内流的模拟结果,对喷孔出口截面处的流动参数进行了统计,为喷嘴内流-燃油雾化耦合模型提供耦合参数。在深入分析喷嘴内流动特性的基础上,通过引入空泡崩溃能模型,建立了喷嘴内流与喷嘴外射流雾化的耦合数学模型。该模型可以考虑空泡破碎和湍流脉动对喷嘴外雾化的影响。然后,通过对比实验结果验证了耦合模型的准确性。结果显示,对于空化流动强烈的喷雾问题,空泡崩溃能必须考虑,否则将低估喷雾锥角值。最后,利用建立的耦合雾化模型详细研究了喷嘴结构参数、喷射压力和环境背压对燃油雾化过程的影响。从宏观和微观喷雾特性,深入分析了喷油系统参数对燃油雾化过程的影响规律和作用机制。