柴油机因其优异的热效率、燃油经济性和扭矩大等特点,广泛应用于交通运输、工农业生产和国防装备等领域,但面临进一步节能减排的研发挑战。当前各种新型的节能减排技术、高效清洁燃烧模式以及替代燃料混合燃料技术对其燃油喷射系统的性能都提出了越来越高的要求。燃油喷射系统喷油器多孔喷嘴内部空化瞬态流动特性则直接影响到决定燃油喷射系统性能关键指标的燃油喷射喷油量及喷雾的精准控制。柴油机喷嘴内的空化瞬态流动特性主要有三大影响因素:几何结构因素、流体动力因素和燃油介质因素。目前几何结构和流体动力因素对空化流动的影响已被广为研究而能被较好掌握,而燃油温度以及燃油种类(特别是混合燃油)影响下的燃油介质因素对空化流动及喷雾影响的试验开展非常有限,影响机理尚不清晰。因此本文主要基于高压共轨原尺寸量级透明喷嘴内流及喷雾可视化试验台,重点探究燃油介质因素对柴油机喷嘴内空化瞬态流动特性及喷雾的影响,主要研究内容和创新性结论如下:(1)搭建了高压共轨燃油喷射系统原尺寸量级透明喷嘴内瞬态空化流动及喷雾的可视化试验台,对原尺寸量级的透明喷嘴进行材料筛选及加工装配,设计了背景光阴影法高速显微成像光路系统,建立了针阀升程、喷雾锥角、涡线空化强度和涡线空化时间平均分布等试验数据的后处理方法。(2)基于高压共轨燃油喷射系统原尺寸量级透明喷嘴内流及喷雾可视化试验台,采用背景光阴影法高速显微成像技术,首次可视化试验研究了混合燃油对柴油机锥度孔喷嘴内涡线空化发展特性及喷雾的影响。研究得出,在柴油中掺混一定比例汽油有助于增强喷嘴内的涡线空化强度,且发现了两条涡线的共同存在及互相缠绕现象,汽油的加入使得即使微弱的涡旋流动也可诱发涡线空化。而汽油/加氢催化生物柴油混合燃油由于其粘度较高,喷油速率低,不易在喷嘴内发生涡线空化。在混合燃油中,添加汽油对喷嘴内空化的影响程度与另外一种燃油粘度和饱和蒸汽压的具体范围有关,在适当的范围内,汽油的加入会显著影响到空化发展强度,而一旦粘度过大及饱和蒸汽压过低,汽油添加的影响会大大减弱,整体空化发展主要受到另一种粘度很高及饱和蒸汽压很低的燃油主导。(3)搭建了简化结构喷嘴试验台并探究了燃油温度对不同锥度的喷嘴内的空化流动特性的影响。渐扩孔喷嘴内的空化初生点要明显早于直孔和渐缩孔喷嘴,并且空化的发展速度也更快。但渐缩孔喷嘴的流量系数最高。当燃油温度升高后,明显对几何诱导空化初生有了促进效果,也加快了空化的发展速度。燃油温度对于直孔喷嘴内的空化初生影响最大。当喷嘴内的几何诱导空化逐渐增强时会分离出云空化涡旋。当燃油温度升高后云空化区域会变得更大且强度更深。(4)对比研究了燃油温度对柴油及混合燃油在原尺寸量级透明喷嘴内空化瞬态流动特性及喷雾的影响。柴油在喷嘴内涡线空化强度随着燃油温度的升高呈增强趋势,且随着燃油温度的升高,涡线空化强度的增长幅度也变大。在直孔喷嘴中出现了几何诱导空化和涡线空化共存的现象。燃油温度升高时,喷嘴内的涡线空化强度会变强且持续时间更长,此时的涡线空化会将喷孔中的几何诱导空化聚集在其附近,形成团聚现象。汽油/柴油混合燃油在喷嘴内的涡线空化会随着燃油温度的升高而呈现大幅增长。而汽油/加氢催化生物柴油由于其粘度较高对燃油温度相对不敏感。(5)设计了三种不同形状的针阀,形成不同压力室流通结构的喷嘴,可视化试验结果表明,压力室、针阀与喷孔相互匹配关系是决定喷嘴内涡旋流场强度及分布的关键因素,强烈影响喷孔内涡线空化及喷雾特性。(6)利用马尔文粒度仪在高压共轨试验台上研究了燃油温度对经喷嘴喷出后的喷雾粒径分布特征的影响。喷雾索特平均直径随着燃油温度的升高而逐渐降低,喷雾中的大尺寸液滴也开始向较小直径液滴转移。本文以原尺寸量级喷嘴内流及喷雾可视化试验台为主,全面研究了燃油介质因素中不同燃油种类和燃油温度对柴油机喷嘴内涡线空化流动特性及喷雾特性的影响。本文研究为建立空化模型及喷雾模型提供理论指导和丰富的试验数据,对混合燃油在发动机中的高效清洁应用也有着重要指导作用。