柴油机缸内良好的燃油喷射雾化质量对发动机燃烧过程、排放、动力性等有重要影响,所以弄清楚柴油机缸内燃油喷射、雾化、蒸发过程有重要意义。近年来,众多学者模拟真实发动机工作环境以及在大气环境下对燃油喷射宏观雾化特性进行了大量研究,但是,由于测试手段的限制,针对燃油喷射近场特性的研究难以开展,缺少突破性进展。本文采用两套不同的试验系统对柴油机燃油喷射近场特性进行了试验研究,其一,采用超高速摄影系统获取了不同喷孔直径喷孔在不同燃油喷射压力和环境背压条件下近场喷雾图像,研究了喷射参数和喷孔大小对近场喷雾特性的影响,并结合近场喷雾锥角的相关变化规律分析了喷孔直径、燃油喷射压力及环境背压对喷油器启喷性能的影响;其二,采用高速纳秒闪光成像系统获取了带毛刺喷孔近场喷雾图像,研究喷孔内毛刺特征对近场喷雾的影响。采用超高速摄影系统对不同喷孔直径喷孔在不同喷射压力和环境背压条件下近场喷雾开展了可视化试验,研究表明,燃油喷射初始阶段,近场喷雾贯穿距随着定容装置中气体压力的增加而缩短,随着喷孔直径的增大而增加;与环境背压和喷孔直径对近场喷雾贯穿距离的影响相比,燃油喷射压力对近场喷雾贯穿距离的影响最为显著,增加燃油喷射压力能够显著增加近场喷雾贯穿距离。燃油喷射整个过程中,近场喷雾锥角具有三个区别明显的特征区域,本章定义为“始峰”、喷雾锥角稳定波动过程、“尾峰”。稳定阶段,近场喷雾锥角随着环境背压的增加而增加,随着喷孔直径的增加而增加,随着燃油喷射压力的增加而增加。环境背压对“始峰”峰值及持续时间皆无明显影响,即对喷油器启喷性能无明显影响;喷孔直径减小时,“始峰”处近场锥角最大值与稳定值差值有增大的趋势,“始峰”持续时间有所缩短,表明喷油器启喷性能有所提升;燃油喷射压力对“始峰”峰值无明显影响,但是“始峰”持续时间随着燃油喷射压力的升高而缩短,喷油器启喷速度有所提升。采用高速纳秒闪光成像系统研究了喷孔表面结构特征对喷雾近场特性的影响,研究表明,喷孔内毛刺特征增强了启喷阶段燃油喷雾射流扰动程度,在毛刺特征作用下喷雾近场射流结构改变,启喷阶段近场喷雾扩散角存在分离点,且随着喷油压力的增加分离点提前;启喷阶段近场喷雾贯穿距随喷射时间线性增加,且随着喷油压力的增加,喷油后同时刻近场喷雾贯穿距越长。喷雾稳定阶段,喷孔内毛刺特征通过燃油粘性力能够间接改变近场喷雾结构,从燃油喷雾射流表面剥离部分燃油,且该部分燃油初次破碎良好;近场喷雾锥角随成像方向呈周期性变化,为“W”型,周期为180°,毛刺特征作用下近场喷雾锥角约为无毛刺特征作用下近场喷雾锥角的2.2倍;喷油压力对带毛刺喷孔喷雾稳定阶段近场喷雾锥角无明显影响。喷雾结束阶段,在毛刺特征作用下近场喷雾扩散角存在结合点,结合点后,近场喷雾射流向轴向收缩,且随着喷射压力的增加结合点提前。本文研究取得了一些初步成果,提出了一些新颖的试验方式方法,为进一步开展柴油机喷雾研究,阐明喷雾破碎机理提供了一定参考价值。