在柴油机工作过程中,良好的雾化是影响其燃烧过程的最直接因素,对其经济性、动力性和排放水平具有重要意义。作为喷射系统的终端,喷油嘴对燃油雾化有决定性的作用,因此,对于喷雾研究必须考虑喷嘴内空穴现象的影响。大量的研究表明,绝大多数情况下喷油器喷嘴内空穴流动对喷雾雾化的影响远远大于油束与周围空气相互作用的影响,因此,研究喷嘴内部空穴流动状态,对揭示喷雾机理具有重要意义。喷嘴内空穴现象的产生除了受外部因素(几何尺寸、动力因素)的影响外,还受到内部因素(燃油自身物性)的影响。本文结合国内外研究现状,搭建了喷嘴内部空穴流动可视化试验台架,基于自行设计的试验系统和5倍放大比例透明喷嘴,深入研究不同喷射压力、不同燃料、不同燃油温度、不同针阀升程喷嘴内空穴流动及其对近场喷雾的影响。在试验研究的基础上,进行模型标定,确定准确的三维数值模型,并通过数值模拟分析原型喷嘴在不同喷射压力、不同燃料、不同燃油温度、不同针阀升程条件下对喷嘴内空穴流动的影响。研究表明,试验中空穴产生的时刻及强弱随试验条件的变化而变化,低粘度高饱和蒸汽压的燃油更容易出现空穴现象,其空穴初生和超空穴产生时的压力相对较小,空穴程度也更强;随着燃油温度的升高,饱和蒸汽压急剧上升,其空穴初生时的压力减小,同一空穴数下,空穴程度更强烈;随着针阀升程的减小,体积流量逐渐减小,流量系数逐渐增加,空穴初生时的压力相对较小,喷嘴内部的空穴现象也更强。同时,试验观察到喷嘴内空穴区域的不对称性,喷孔管壁下壁面的空穴分布远大于上壁面的空穴分布;发生超空穴之后,随着空穴数的增加,喷嘴内部的空穴流动变化不太明显,由于空泡的溃灭影响了喷雾扰动,导致喷雾锥角有较明显的增大。与空穴数相比,喷嘴内部空穴现象的发生与雷诺数的关系不大。最后,本文通过数值模拟分析不同条件下原型喷嘴内的气相体积分数、液相燃油速度、压力分布的变化情况,为喷嘴内空穴现象的进一步研究奠定了基础。