柴油机以其良好的经济性和动力性，得到日益广泛的应用，面对日益严格的排放法规和能源危机，为实现柴油机的清洁高效燃烧，必须加深对其扩散式的燃烧方式的理解，因为燃烧过程直接影响着柴油机的动力性、经济性和排放特性。而燃烧之前的燃油喷射、雾化、混合过程是影响柴油机燃烧过程最重要的因素。要获得很高的燃一空混合速率和混合质量，就必须对燃油雾化混合过程的特性、雾化机理和影响雾化的主要因素有清楚的认识。 对于现代柴油机而言，不可避免的发生燃烧室内喷雾碰壁现象，燃油碰壁是影响燃烧效率和排放的批重要因素。许多设计者避免燃油撞壁的同时，也在利用撞击过程来提高柴油与空气的混合率，改善气相燃油在燃烧室内的分布，可以获得良好的油气混合，从而达到改善燃烧的作用。 本文以理论分析为基础，采用可视化实验研究和数值模拟相结合的方法，对喷射雾化过程和混合气形成机理进行研究，主要内容如下： 首先组建了数字化测试系统，采用频闪照相方法对喷雾场进行测试，获得喷雾场的宏观发展特性，探求了用数字图像处理技术自动进行浓度场、喷雾锥角和贯穿度提取的方法。从图像的拍摄到数据的获取，整个过程实现了数字化在线实时测试。分别对无任何障碍的自由喷射雾化过程，受限状态下燃油撞击平壁、斜壁雾化过程和模拟燃烧室撞击雾化过程进行可视化试验和分析。研究表明，燃油在离开喷孔后0.5ms以后就能达到壁面，在壁面上形成壁面射流，其油膜厚度在2.0mm左右。很容易形成壁面油气堆积现象，不利于进一步雾化。利用导向圆弧能有效地改善油气混合情况，有效避免油气堆积现象，模拟试验中发现，导向弧高度和二次碰撞距离对二次射流影响很大，可以控制燃油在空间的分布，实现可控燃油混合的形成。 结合可视化试验结果，用STAR-CD商业软件对直喷式柴油机喷雾过程、油气混合过程进行了模拟，研究了不同燃烧室内燃油的发展变化过程、燃油浓度分布情况，燃油雾化对空气的利用情况，形成混合气的速度，空间分布等方面的内容。发现收口形尖底凸台燃烧室具有较好的混合气质量和燃烧性能，碳烟排放较好。燃油撞壁后在壁面附近形成油膜和较浓的混合气，容易生成有害物质。在有导向圆弧的燃烧室内，燃油撞壁可以加强燃油颗粒的蒸发和雾化，燃油空间分布趋于均匀，改变壁面燃油富集的现象，提高空气利用率。