二甲醚(DME)作为高效清洁的石油替代燃料，其应用研究是能源领域的一项重大科学问题。二甲醚具有高饱和蒸气压使得其应用于喷射雾化时，喷孔内会存在“气泡”（空化）现象，而这种喷孔内的流态会影响喷孔近场的流态和油滴雾化。由此开展了二甲醚喷射条件下，喷孔内空化现象的发生、发展规律及其对强化喷雾雾化和混合的数值模拟研究，以便深入理解喷孔内部的复杂流动现象及其变化规律，为优化孔式喷嘴结构、强化二甲醚雾化和混合过程提供有效的研究手段及基础数据资料。　　基于广泛应用于描述气泡生长和溃灭过程的R-P方程，建立了全面描述空穴气泡生长、收缩、反跳及破碎过程的气泡动力学微分方程，并发展了求解R-P方程的分段自适应算法。运用新算法可显著提高R-P方程的求解速度。由于气泡在收缩阶段速度梯度很大，进行积分运算时需要很小的时间步长，进行分段积分可以控制自适应算法的区间，使其能更好地发挥算法优势。　　运用R-P方程，就喷油系统结构与运行参数对喷孔内空穴流动的影响进行了计算分析，探讨了不同喷射压力、背压、气泡核大小、阶跃宽度，以及不同流体对喷孔内空化现象的发生、发展规律的影响。在此基础上，建立了修正R-P方程。利用该方程能够对空穴流的三种破碎形态，即气泡动力学破碎、湍流破碎及滑移破碎现象进行计算分析。　　提出了基于VOF模型及离散粒子技术的空穴两相流模型，该耦合模型兼具VOF模型求解两相流速度及压力的优势，以及拉格朗日粒子法对单个气泡追踪的有效性，并且给出了该耦合模型的计算流程图和实现两种模型协调运行的方法，为复杂空穴流动研究提供了一种新的研究思路。利用该模型可以得到通过实验手段难以获取的空穴流动中气泡大小分布以及空穴气泡的状态等信息，为探讨汽泡溃灭对喷雾雾化混合的影响，以及汽泡溃灭对过流部件的侵蚀和可能引起的噪声、振动危害的治理提供新的研究手段。　　运用基于VOF模型及离散粒子技术的空穴两相流模型，对大尺度和实际喷孔尺度下喷孔内的空穴流动特性进行了计算分析及其结果的实验验证，同时通过实验图像的对比分析，探讨了水、柴油和二甲醚空穴流动的特征及其影响因素。研究表明，对大尺度喷孔空穴流动的计算结果与实验结果不仅在宏观特征上，而且也在细节上都较吻合；通过计算机实验，判明了空穴粒子的空间分布与喷孔的流动状态有关，而粒子尺寸分布与所受到的压力环境有关；针对气泡破碎行为及其气泡破碎空间分布特点进行的研究表明，对于正常的空穴流动来说，气泡破碎对喷孔内壁的侵蚀破坏不大；而当喷孔尺度很小时，喷孔内的空穴流动会发生阻塞现象，导致喷孔内流动出现不稳定，此时气泡的破碎对喷孔内壁的汽蚀危害很大。　　基于喷孔内空穴流动分析所获得的喷嘴出口处的喷射参数（速度分布，湍动能分布及空穴分数等），建立了二甲醚喷射油滴雾化的大涡模拟边界条件，应用大涡模拟方法研究了喷孔近场的流态和喷雾初次雾化问题。在此基础上，进一步探讨了喷孔直径、燃油喷射压力、背压和喷孔长径比等参数对喷孔近场流动形态与分裂长度的影响。　　在保证计算精度符合要求的条件下，为了尽可能地提高计算效率，并为化学反应动力学模型与准维燃烧模型计算提供一个行之有效的途径，采用高斯分布函数修改了二甲醚气相喷雾模型并推导出DME准维燃烧分区模型，通过对气相射流模型进行合理分区及其与CHEMKIN库函数的耦合联算，建立了改进的二甲醚准维多区燃烧模型。该模型集准维气相射流模型与DME详细燃烧反应动力学机理（包含81种组分、402步基元反应）为一体，其微分方程组的求解采用了DVODE算法。利用改进的准维多区模型，对二甲醚发动机的着火与燃烧过程，以及污染物排放(CO,NOx等)进行了数值模拟研究。模型验证的结果表明，二甲醚发动机缸内压力曲线的预测值与实验结果具有良好的一致性。