随着柴油机燃油共轨系统喷射压力的不断提高,世界主流喷油器公司陆续推出了喷射压力200MPa甚至更高轨压的燃油喷射系统。喷射压力的提升增加了喷孔内部射流的湍动强度,致使喷嘴内部空化过程非稳态特性增强,空化效应愈加显著。受喷油器尺寸的限制和超高喷射压力控制难度的约束,超高喷射压力下喷嘴内部燃油空化特性的试验研究难以开展,喷油器内高度复杂湍动状态下喷嘴结构对燃油空化特性的影响规律与作用机理尚不明确,因此本文借助计算流体力学手段对超高压喷射条件下喷嘴内流的空化特性开展数值研究,为新型高压共轨电控喷油器设计和开发提供理论支撑。首先,针对高至超高压喷射条件下喷嘴内部流动和空化特性,考虑燃油气液两相可压缩性,引入超高压喷射过程中燃油密度随压力的变化规律,基于时均化雷诺应力(RANS)的方法,建立喷嘴内部混合两相流三维瞬态空化数值计算模型,通过喷油器原型透明喷嘴可视化观测试验拍摄的空化图像数据,对超高压喷嘴空化模型进行可行性和准确性验证,验证结果显示超高压燃油喷射两相流空化模型与试验数据吻合度较高,能较好地捕捉空化产生和发展的空间位置及形态特征。其次,开展稳态条件高至超高喷射压力下柴油机喷嘴内部流动和空化特性研究,探究高至超高喷射压力对普通型喷嘴和刻沟型喷嘴喷孔内部燃油平均流速、质量流量及空泡体积分数的影响规律,通过两种类型喷嘴内压力场、密度场及速度场的空间分布对比,进行带有刻沟结构锥阀在高压至超高压喷射条件下对喷嘴内部流动和空化特性的影响规律和作用机理研究,结果表明刻沟结构将压力室底部回流区转移至喷孔入口近下壁面附近,使喷孔内部燃油流速分布相对均匀,降低了喷孔内部空泡体积分数,能够改善燃油射流分布均匀性,有利于射流破碎稳定性,并有效减少喷孔内部穴蚀程度。最后,研究超高喷射压力下喷嘴内部瞬态流动和空化特性,探究瞬态条件下针阀运动规律与刻沟位置对喷嘴内燃油流动的耦合作用,在整个燃油喷射期内开展刻沟分布位置,包括头部位置、尾部位置,及并行刻沟分布对超高燃油喷射压力下喷嘴内流和空化特性的影响研究,结果表明喷孔内空泡体积分数呈现四段式分布;刻沟位置的分布直接决定了燃油经刻沟是否完全发展、燃油在刻沟尾端转向的高度及喷孔入口前端涡流区位置,刻沟与喷孔的相对位置及其与针阀速率的耦合作用是影响刻沟结构作用的关键。