柴油机在燃油经济性和利用率方面的显著优势有助于减轻我国交通运输业的能源负担,但国六排放法规的正式实施对柴油机排放性能提出了更高的要求。已有的燃烧路径控制理论表明传统柴油机中燃油喷射后的破碎雾化及混合气形成直接决定了后续的燃烧路径方向以及污染物的生成浓度,因此控制和优化燃油喷射过程以形成良好的喷雾特性是改善燃烧、降低排放的关键因素。目前针对柴油燃料的多数喷雾研究都集中于常温常压或常温高背压的冷态喷雾,这与柴油机产生喷雾时高温高背压的实际条件略有不同,因此本文开发了以定容燃烧弹为核心装置,以高速摄影技术为测试手段的喷雾试验平台,通过预燃可燃混合气的方式建立高温高背压环境,对不同喷射压力和不同环境背压下的宏观喷雾特性进行了试验研究,主要内容如下:第一,利用开发的试验平台先后对不同初始温度(358,388,418 K)、燃料种类(乙醇、乙醚、乙酸乙酯、丙酮、丁酮)、当量比(0.7~1.4)及初始压力(1,3,4,5 bar)条件下预混可燃气的温度压力特性进行了试验研究,对比分析压力峰值、燃烧持续时间和绝热火焰温度的变化规律,逐步选出相对最佳预燃条件。第二,利用高速相机对不同喷射压力(110,130,150 MPa)和环境背压(15,20,25bar)条件下的喷雾全过程进行拍摄,通过Python和OpenCV软件开发了相应的喷雾图像数据处理程序,计算了喷雾贯穿距和喷雾锥角参数,结合喷雾图像对不同试验条件下喷雾形态、喷雾贯穿距和喷雾锥角的变化规律及其原因进行了分析。结果表明,喷雾贯穿距随喷射时间的推移逐渐增加,背压BP=15 bar下其增速为恒定值,更高背压下增速随时间逐渐减小至零;喷雾锥角则随时间逐渐下降,最后保持在10°~12°之间。此外,随着环境背压的升高,喷雾贯穿距峰值逐渐降低,而喷雾锥角逐渐增大;喷射压力对喷雾贯穿距峰值和稳定时喷雾锥角大小的影响较小,但提高喷射压力能促进喷雾锥角趋于稳定的时刻提前到达。