喷雾的分布、局部和瞬态的变化过程直接影响了柴油机的燃烧过程,从而影响排放。在燃油耗指标和排放法规日益严格的今天,人们越来越追求燃烧的高效率和低排放,而对喷雾混合气形成过程的细节捕捉正是优化燃烧的基础。仅仅依靠喷雾实验来研究,需要精密的测试技术、高精度的实验设备和繁复的工况实验,而数值仿真的加入能节省研发成本。另一方面,数值仿真能够展现喷雾在时间和空间上发展的全过程,从而补充实验细节、促进理论研究。因此,完善仿真模型,提高仿真预测的精度,是喷雾研究的需求和关键。本文首先利用高速阴影法和背景散射光成像法,在高压定容弹中对不同工况的柴油喷雾进行高速摄影,从而获得喷雾贯穿距、瞬时形态等特征数据。基于大涡模拟(Large eddy simulation,简称LES)框架,对柴油喷雾混合气形成过程进行三维仿真。针对仿真中涉及的阻力、雾化、蒸发、亚网格等主要子模型,以高压定容弹内的喷油实验测试结果为基准,引入Box-Behnken实验设计(Box-Behnken design,简称BBD)和响应曲面法(Response surface method,简称RSM),对各模型参数进行数值试验,并进行子模型间的相关性分析,以获得较为可靠的仿真预测性能。经分析,破碎时间常数是影响KH-RT模型效果的主要因素,而湍动能系数是动态结构模型中的主要影响因素。最终本文优化了柴油蒸发喷雾的仿真模型并验证了其预测性。