燃油射流破碎（雾化）是柴油机、缸内直喷汽油机以及燃气轮机等燃烧的重要子过程。虽然人们对射流破碎进行了大量的研究,提出了许多有价值的射流破碎机理,由于问题的复杂性,人们对射流破碎机理的了解还十分有限,特别是近嘴区初始射流的破碎机理。随着计算手段以及实验测试方法的不断提高,人们对液体射流破碎这一古老问题可以获得新的认识。本文重点研究空化、环境气体等对射流破碎过程的影响规律,揭示射流的初始破碎机理。首先,设计和搭建了燃油喷射雾化过程的可视化试验平台,制作了接近实际尺寸的透明喷嘴模型,通过数码相机和高放大倍数、高分辩率的长距离显微镜成像技术以及纳秒级闪光灯作为相机曝光光源,分别对不同喷油参数、不同透明喷嘴模型内空化发展过程以及近嘴区射流的初始破碎过程进行了可视化试验,获得了较高分辩率和清晰度的试验图像,并对透明喷嘴模型内空化强度进行了量化分析。其次,借助开源软件OpenFOAM平台,引入气泡生长的Rayleigh动力学关系式,在原两相流模型的基础上,加入环境气体相,考虑环境气体（空气）对射流破碎的影响,并对压力、体积分数的求解方程进行改造,重构空化模型中的质量输运方程,建立了多相流（三相流）模型。此外还在控制方程中添加能量方程,以考查温度对空化燃油射流破碎的影响。根据本文试验获得的数据对建立的多相流模型进行验证,试验结果和数值模拟值取得较好的一致性。通过对空化燃油射流破碎机理的试验研究和数值模拟获得了如下主要结论:射流近嘴区初始破碎主要是喷嘴内湍流效应、空化以及射流与环境气体的空气动力学效应共同作用的结果。喷嘴内湍流效应造成近嘴区射流的初始扰动以及射流初始表面波的形成;空化气泡溃灭产生强烈的扰动促使近嘴区射流表面波增长以及射流破碎;射流与环境气体的空气动力学效应使射流表面波增长进一步加强,加速了射流破碎;此外环境气体的气动力作用还加速燃油射流的二次破碎,提高燃油雾化质量。喷油参数对空化燃油射流破碎的影响较显著,喷油压力增大能够使空化、湍流效应增强,促进近嘴区射流的初始破碎;而环境压力增大则抑制空化形成,不利于射流破碎,但由于环境压力增大,提高了环境气体的密度,增强射流与环境气体的空气动力学效应,两者共同作用的结果是促进射流表面破碎,形成的燃油液滴更加细小;燃油温度提高,加速空化形成,促进射流破碎,当燃油温度增加到一定值时,将发生“闪急沸腾”,大大提高油气混合质量。喷孔结构对空化燃油射流破碎的影响比较复杂,渐缩喷孔,空化形成受到抑制,近嘴区射流表面波增长缓慢,不利于射流的初始破碎;而渐扩喷孔则有利于空化形成,促进射流表面波增长,加速射流破碎;减小喷孔长度,增大喷孔倾角,有利于空化形成,促进射流破碎;减小喷孔直径,不利于空化形成,但增加了射流速度,使湍流效应、射流与环境气体的空气动力学效应增强,最终促进了射流破碎。同时,运行中每次喷油开始前,观测到喷孔内形成初始气泡,初始气泡的存在造成近嘴区射流蘑菇头部“针”状液丝形成,并结合数值模拟阐述了其形成机制。