柴油发动机作为热效率最高的动力源之一,被广泛的应用于农业、工业、交通运输等领域。随着工业的不断发展,大气环境污染越来越严重,相应地颁布了一系列严格的排放法规,节约能源,减少有害物的排放是人们面临的重要问题之一。喷嘴作为柴油发动机燃油喷射系统的上游边界,燃油雾化质量不仅影响柴油发动机的动力性、经济性,而且还影响其排放性能。目前,大量实验和模拟研究表明,燃油雾化除了受空气动力等外流场因素影响外,还受到喷嘴内部流场的影响,因此,研究喷嘴内流场显得至关重要。随着柴油机喷油嘴多次喷射技术的广泛应用,非稳态燃油喷射阶段的比重相应增大,针阀开启和关闭过程中内流场的动态变化过程值得深入的研究。非稳态燃油喷射过程大多数集中在喷射条件和喷嘴结构,小压力室内空化和倒吸的研究鲜有报道,尤其断油过程中孔内空化和气体倒流现象。基于现有条件,自行搭建透明喷嘴可视化实验平台,利用高速相机结合背影成像技术对不同喷射条件下小压力室透明喷嘴内流场进行了可视化图像采集。实验结果表明,随着燃油入口质量流量增加,孔径增加等,小压力室透明喷嘴内更容易出现空化和倒吸现象,同时在断油阶段喷孔、压力室依次出现空化和倒吸现象,且喷嘴内最大空化和倒吸量主要由压力室内空化和倒吸量来决定,其喷孔内空化沿着喷孔壁面逐渐向喷孔出口延伸。喷嘴内低压区是引起空化产生的先决条件,导致喷孔内低压环境主要有节流作用、燃油拉伸、燃油惯性出流量等。另外,随着燃油入口质量流量、孔径的增加,喷孔内倒吸气泡发生速度越快。静置时,喷孔内倒吸气泡越长。但是,在表面张力作用下喷孔内倒吸气泡融合所需时间较长。基于Linux系统下OpenFOAM计算平台,VOF(Volume Of Fluid)思想,构建喷嘴内部含有空化的两相三组分(液相-蒸汽相-气相)多相流求解器,依据Such的准二维喷嘴实验验证了此模型的可靠性。随后,模拟了不同网格分辨、不同燃油入口质量流量对喷孔内空化和倒吸气体的影响。借助喷嘴内液体燃油体积分数、压力分布、流线分布、速度分布、Q等值面以及蒸汽相等值面云图分析喷孔内空化和倒吸的变化规律。分析发现断油阶段,小压力室柴油机喷嘴压力室内以涡空化为主,且随着燃油入口质量流量增加,压力室内涡核分解成为若干小的涡核。喷孔内以片空化为主,且空化区域沿着喷孔壁面逐渐向喷孔出口延伸。最后,通过改变燃油入口质量流量、孔径和网格分辨率,分析断油过程中喷嘴内空化和倒吸规律。得出喷射燃油入口质量流量、孔径越大,喷嘴内空化和倒吸气体量也越大。网格分辨率越大,喷孔内Q等值面和蒸汽相等值面密度越大。空化溃灭是引起气体倒吸的重要因素之一,最大空化量决定最大倒吸气体量。