液体喷雾技术应用于人类生产生活的方方面面,其雾化性能与喷嘴内部多相流动密切相关。深入了解喷嘴多相流动及其与喷雾的关系有助于进一步提升雾化性能。对于高速喷射雾化,由于喷孔尺寸小,流速高,实验上很难对喷嘴内部多相复杂流动进行测量。针对实验测试数据的缺乏,本文依据修正的数值模型对喷嘴内部流动特性进行模拟,揭示了喷嘴内部涡-空化的相互作用及其对湍流特性的影响,并为喷雾模拟提供了准确可靠的初始参数及边界条件。通过对喷雾模型的完善揭示了空气动力效应、空化、以及湍流在初次破碎中的竞争机制,并结合实验测量数据及完善后的模型分析了突扩型喷嘴的多相流动特性及雾化性能。基于背光高速摄影和激光多普勒测试系统对多孔喷嘴雾化破碎宏微观特性进行了测量,不仅为数值模拟提供了可靠的验证数据,也揭示了不同羽流间相互作用阶段对雾化宏微观特性的影响。主要工作及研究成果如下:（1）基于空化准则和湍流粘度修正完善了喷嘴多相流动模拟模型,相比于原模型,该模型能够准确捕捉喷嘴内部空化结构分布以及演化特性。通过对不同模型模拟结果分析对比,发现不仅在空化初生阶段,在空化发展和运动的整个过程中都应考虑粘性剪切的影响。（2）基于气体喷射理论以及速度插值格式的完善,对喷雾计算中的气-液动量耦合进行了修正。结合喷嘴多相流动数据,建立了经济可靠的耦合喷嘴多相流动效应的雾化破碎模型,发现准确可靠的内部流动信息是精确预测喷雾特性的先决条件。修正后的模型不仅能够有效降低计算结果对网格的依赖性,并能够准确预测不同工况、不同组分液体的喷雾贯穿距及宏观喷雾形态。（3）基于修正后的数值模型对突扩型喷嘴流动特性及雾化性能进行了研究。结合压力测量、高速摄影实验与理论分析计算了突扩型喷嘴内不同多相流动形态特征长度、时间尺度,阐明了空化周期性演化、空化生长及破碎引起的扰动对射流调制的不同机理,发现突扩腔的存在会改变剪切层与空化之间的相互作用,进而影响多相流动特性以及雾化破碎性能。在此基础上进行了突扩型喷嘴提升雾化特性的潜能分析,为喷嘴结构优化设计提供了基础。（4）针对ECN突扩型八孔喷嘴开展了多相流动数值模拟,分析了液体组分、环境压力、喷射压力以及液体温度对喷嘴内多相流动特性的影响。基于涡输运方程分析了空化-涡相互作用以及涡输运方程各项与湍特性之间的关系。提取了不同工况喷孔出口特征参数,揭示了空化演化对环境气体吸入、喷孔流场特性以及对后续雾化破碎的影响。不仅可为喷雾模拟提供可靠的初始参数和边界条件,也可为雾化特性分析实验提供丰富的内部流动数据。（5）针对ECN突扩型八孔喷嘴开展了喷雾背光高速摄影实验,捕捉多孔喷嘴喷雾宏观形态,基于图像处理技术提取喷雾贯穿距、近端/远端喷雾锥角及喷雾面积进行定量分析。研究了不同破碎机制、环境压力主导的二次破碎以及羽流间相互作用对喷雾宏观特性的影响。提出了考虑液体热力学参数、喷嘴几何以及环境压力的羽流间相互作用阶段区分准则,并基于单/多组分液体进行了验证。（6）针对ECN突扩型八孔喷嘴开展了喷雾激光多普勒测试实验,对多孔喷嘴喷雾微观特性进行了测量分析。系统研究了不同羽流间相互作用阶段的液滴时空、速度、粒径分布。评价了喷射压力以及不同组分液体掺混对羽流间相互作用的影响。喷射压力对液体等熵膨胀的影响较小,因而对羽流间相互作用的改变较为有限;而液体掺混特别是低沸点液体的掺混会显著改变羽流间相互作用程度。本文的研究成果可为雾化喷嘴优化设计提供借鉴,为进一步改善雾化性能提供理论与实验基础。