为了满足日益严格的排放法规,各种新型燃烧方式相继提出,对柴油机燃油喷射系统的发展也提出了更高的要求。目前,燃油喷射压力已经可以高达300MPa,而喷孔孔径只有0.1mm量级,使得喷孔内更加容易形成空化。一方面,空化可以促进射流雾化并改善燃烧,但另一方面,空化会降低喷孔流量系数,并且会使喷嘴内形成空蚀,严重情况下,甚至会使喷油器失效。本文针对柴油模型喷孔内空化及空蚀现象,围绕喷孔锥度及粗糙度两个重要影响因素,开展了大量可视化研究。同时,对真实喷油器进行了耐久性空蚀试验,并结合数值模拟,研究了喷嘴内空蚀分布及成因。主要内容及结论如下:(1)基于自循环内流实验台,搭建了空化内流可视化实验装置。根据不同研究目的,设计加工了三种模型喷嘴,并可开展快速空蚀试验。(2)对比研究了同一喷射压力下,不同锥度喷孔内空蚀分布。研究发现,渐扩孔由于空化已发展至喷孔出口,并在出口处脱落溃灭,因而孔内空蚀麻点主要分布在喷孔出口处;而无锥度孔及渐缩孔内空蚀区域主要位于喷孔入口处,这是由于入口处的空泡冷凝溃灭及破裂溃灭造成的。(3)实验研究了1.6μm、6.3μm及30μm三种不同壁面粗糙度对喷孔内空化及流量的影响。实验发现,随壁面粗糙度增大,喷孔内空化程度先减弱后增强,分析认为是壁面阻力与气核含量共同作用的结果。不同粗糙度喷孔内流量的变化,不仅受到壁面阻力的影响,还受到空化程度的影响。在单相流及空化初生阶段内,壁面阻力的影响起主导作用,随粗糙度增大,喷孔内流量逐渐减小。在空化发展及超空化阶段,空化对流量的抑制作用将占主导地位,所以,6.3μm粗糙度情况下喷孔内流量最高,而30μm粗糙度情况下喷孔内最低。(4)通过片空化相对长度时域图及FFT频域图对不同粗糙度喷孔内云空化主脱落频率进行了分析。发现在相同喷射压力下,30μm喷孔内主脱落频率较低,但相差并不大;并且从不同粗糙度喷孔内片空化相对长度随时间变化的时域图中,可以得到片空化长度整体差异,与空化平均长度分析结果相同。(5)采用X射线CT扫描无损检测技术,对实验喷嘴进行观察,发现喷孔入口处容易发生空蚀。通过扫描电子显微镜对剖开后的喷嘴进行检测,发现位于针阀密封线下游的针阀体壁面上存在环状空蚀带,结合数值模拟,分析了此处空蚀形成的原因。研究还发现,将阶梯过渡型针阀改为多锥过渡型针阀,将有效减弱喷嘴内空蚀。