船舶发动机一般具有功率大、工作负荷高的特点。因此,其排气系统排放的废气不仅体积流量较为庞大并且温度较高。大量的高温排气携带有巨大的热量,进入大气后会迅速产生大面积烟羽,形成强烈的热辐射信号。为了降低船舶的热辐射特征,通常在排气系统上加装排气冷却降温装置可以降低排气系统的出口烟气温度。加装排气冷却降温装置不但可以降低其热辐射特征,还能降低排气的脉动,有利于排气噪声的降低。目前,船舶发动机排气冷却降温装置一般包括冷空气冷却和喷水雾化冷却装置。相比于空气冷却,喷水雾化冷却技术对冷却介质的需求量更小,冷却效率更高。喷水雾化冷却技术的降温机理较为复杂,在实际使用的过程中影响因素众多。目前CFD数值仿真技术取得的长足进步,为喷水雾化冷却过程提供了一种切实可行的仿真分析方法。喷水雾化冷却过程属于带有相变过程的气液两相流问题,为了考虑高温烟气与冷却水液滴的耦合作用,本文采用欧拉-拉格朗日方法,即使用欧拉方法计算高温烟气在排气系统中行程的流场,同时使用拉格朗日方法计算冷却水液滴在流场中的运动过程及自身的受力与形变。在考虑湍流流动、近壁面流动、组分输运、液滴受力、液滴碰撞、破碎的基础上,该方法能够更合理地描述冷却液滴在排气管道中受高温烟气气流影响的运动过程、换热相变过程。本文以液滴平均直径大小来衡量喷水雾化效果,分析了冷却水雾化效果对喷水冷却过程的影响,得到了雾化效果不足会引发换热不充分进而影响冷却出口温度的结论。同时,对比实际雾化情况,提出了修正仿真雾化效果的方法,以提高计算结果的准确性。应用修正雾化效果方法避免了雾化效果对出口排气温度的影响,进而研究了不同初始烟气温度下冷却水流量对出口排气温度的影响曲线。通过定量计算来解释喷水冷却存在温度下限的原因,并定性提出了进一步降温的方法。搭建了变工况排气喷水冷却实验台架,采用外支管结构测温以排除液滴喷淋对热电偶测量的干扰。通过实验数据对数值方法和冷却水流量影响曲线的对比,证明该方法与结论的准确性。