液体雾化是自然界和工业过程中普遍存在的现象,其中液滴在气流中的二次破碎过程产生大量具有大比表面积的小液滴,是液体雾化的重要组成部分。过去对液滴在均匀气流中的破碎已经有了大量研究,但是对气流剪切效应在液滴破碎过程中的影响尚缺乏认识。本文通过搭建高速射流下液滴破碎微观观测平台,利用高速摄像技术、数字图像处理和粒子图像测速对液滴在剪切气流中的变形与破碎进行了实验研究。在低速低剪切气流作用下,本文发现了一种袋式破碎模式的变形模式——蝶式破碎模式。蝶式破碎过程中,液滴在剪切层非对称的气动力作用下被压扁并发生偏转,然后液滴由于早期节点的存在进一步发展为蝶形的袋状结构;建立了低剪切作用下液滴破碎map图,并通过尺度分析得到了不同破碎模式之间的过渡条件;定量分析了蝶式破碎过程中液滴边缘的拉伸长度和破碎后的子液滴尺寸,结果表明气流剪切作用通过液滴边缘上节点的形成和发展显著影响了液滴边缘的拉伸和破碎;最后建立了液滴边缘拉伸长度与子液滴尺寸之间的关系。在高速强剪切气流作用下,本文发现一种剪切剥离破碎模式的变形模式——摆动破碎模式。摆动破碎过程中,在剪切层拉伸作用和抬升作用的共同影响下液滴主体发生剧烈摆动,并伴随着液滴尾部液片的拉伸和液滴前缘的收缩或坍塌;建立了强剪切作用下液滴破碎map图,并通过尺度分析得到了不同破碎模式之间的过渡关系式;界面不稳定分析揭示了摆动破碎主要受到横向RT不稳定性控制;对液滴拉伸液膜的定量分析表明,剪切气流对液滴的拉伸强度取决于液滴不同破碎阶段的相对强度;最后对比了不同参数下液滴破碎后子液滴尺寸分布,提出了用根正态混合分布能准确描述强剪切作用下子液滴的体积概率密度分布。