液滴撞壁现象广泛存在于工业技术领域中。本文针对柴油喷雾燃烧过程中的油滴碰壁问题,采用实验、数值模拟和理论分析相结合的方法,分别对实心液滴碰撞倾斜干、湿壁面和中空液滴碰撞水平干、湿壁面动态特性及传热机制进行了研究,对于丰富自由界面气液两相流动传热理论体系、指导柴油喷雾燃烧的工程应用有重要理论意义和实用价值。基于高速CCD可视化技术,构建了液滴碰撞倾斜壁面的观测系统,实验明晰了液滴撞壁动力学形态瞬态演变过程。研究表明:液滴碰撞干壁面速度较小时,表面波作用明显,液滴撞壁后呈阶梯状铺展;随碰撞速度增大,液滴碰撞倾斜干壁面依次呈铺展、边缘凸起和飞溅等特征,且射流飞溅仅出现在前铺展边缘;与干壁面相比,液滴碰撞倾斜湿壁面在前、后铺展边缘均出现射流和飞溅特征,且前、后铺展系数和总铺展系数均较大,碰撞速度效应更明显,但前、后铺展速度均较小。基于实验结果,采用无量纲分析法,建立了柴油液滴碰撞倾斜干、湿壁面飞溅临界判据。综合考虑液滴表面张力、传热和接触热阻作用,采用复合Level set-VOF(CLSVOF)法,对液滴碰撞倾斜壁面进行了数值研究,揭示了液滴碰撞倾斜干、湿壁面后的运动机理。研究发现:液滴铺展不对称性明显,且前铺展特征大于后铺展特征,液滴内部压力梯度是液滴铺展的主要原因;惯性势能是液滴碰撞倾斜湿壁面前铺展边缘射流发展的关键因素,而运动间断则是后铺展边缘射流发展的重要原因;在涉及传热的液滴撞壁过程中,Marangoni应力是影响液滴边缘铺展和射流飞溅的重要因素。基于能量守恒方程,考虑撞击角影响,建立了液滴碰撞倾斜固体壁面最大铺展系数理论解析模型。柴油液滴碰撞倾斜干、湿壁面空气夹带和传热机制数值研究表明:液滴碰撞干、湿壁面夹带空气形变差异明显;撞壁初期,液滴碰撞倾斜干壁面夹带空气与传热特征密切相关,而液滴碰撞倾斜湿壁面夹带空气与传热特征相关性较小;液滴碰撞倾斜干壁面铺展滞后于传热,壁面平均热流密度碰撞速度效应明显,与干壁面相比,液滴碰撞倾斜湿壁面的液固传热特征较小。数值分析了中空液滴撞壁动态特性和传热行为,揭示了中心射流的形成机制,探索了碰撞速度和空泡压力对中空液滴撞壁运动和传热特征的影响规律。研究表明:中空液滴碰撞水平干壁面主要呈现出铺展和中心射流特征,且伴随有液壳破碎现象,铺展滞后于传热;空泡压力越大,中空液滴与壁面接触前扩展特征、中心射流表面波动特征越明显,铺展特征和壁面平均热流密度均较小,但无量纲中心射流高度和中心射流速度均较大;中空液滴最大铺展系数和平均中心射流速度的数值结果与理论解析值较为接近,均随Re的增加逐渐增大。中空液滴碰撞水平湿壁面数值分析表明:中空液滴碰撞水平湿壁面主要呈现铺展、边缘射流、飞溅和中心射流特征;与干壁面相比,边缘射流和中心射流特征更明显,最大铺展速度、中心射流速度和壁面平均热流密度均较小,铺展和传热趋于同步;与实心液滴相比,中空液滴铺展液膜更为平滑,边缘射流高度较大,空泡的存在促进了中心射流和边缘射流发展,减小了液滴沿壁面的铺展和传热特性。