精确的预测燃料的喷射雾化过程和喷雾结构是预测内燃机燃烧过程和排放特性的重要前提,也一直是一个热点课题;此外,随着近几年新燃烧理念和增压技术的应用,缸内的压力不断升高,使得跨/超临界喷雾混合研究成为一个新的热点。本文利用欧拉均相模型与方法对亚临界和跨/超临界射流喷雾模型进行研究和探索,主要完成了以下工作。(1)亚临界均相欧拉-拉格朗日喷雾模型算法的构建和冷态喷雾的模拟在开源CFD程序OpenFOAM中基于均相模型添加了欧拉-拉格朗日喷雾模型求解器,扩充了程序中的喷雾计算模型。在构建的模型下对冷态ECN(Engine Combustion Network)喷雾的近场欧拉特性进行模拟,分析新模型下不同RANS湍流模型对喷雾流态和扩散计算的差异,确定了模型的有效性。计算结果发现对于高雷诺数和大密度差的喷雾,在源项中考虑密度差修正的k-ε湍流模型,即HDR(High density ratio)湍流模型,可以正确地模拟出湍流脉动和气液间的扩散。此外与实验值对比发现,HDR模型中选取Cε1系数为1.6时模型的预测精度更高。为了对离散相液滴求解,在欧拉模型程序中增加气液界面面积密度输运方程,建立完整的欧拉-拉格朗日模型。通过大涡模拟显示,该模型无论是对近场的流动特性,还是对喷雾下游的液滴分布,均可以给出合理的预测。(2)跨/超临界下射流喷雾模型算法的构建针对跨/超临界射流喷雾,采用均相模型开发了一个新的真实流体CFD求解器。重点研究热力学与流体力学之间的耦合及相互作用。热力学方面,采用立方型状态方程对流体的内能、焓、比热、输运系数等进行求解,通过直接求解压缩因子方程获得密度。流体力学方面,求解变密度可压缩的N-S方程,采用PISO算法实现速度和压力的耦合求解,并自行推导修正了PISO算法中的压力泊松方程。最终,分别在零维和一维条件下对热动力学属性和一维流动进行有效性验证。(3)跨临界和超临界射流喷雾的模拟研究使用新构建的求解器,对跨临界和超临界条件射流进行数值模拟。通过与实验和Tim等人的模拟结果对比证明:当前构建的模型的求解精度更高。不同跨临界射流间对比表明:射流初始温度的不同,不会导致射流本质的差异。跨临界射流条件下伪沸腾的存在,使得射流中会形成大的密度梯度。这种大的密度梯度产生一种类似于“固壁”的效应,抑制湍流扩散和混合层的发展。然而,在超临界射流下,由于射流初始温度已经超越伪沸点温度,所以射流混合层中的密度变化主要由温度升高引起,使得密度梯度较小;这加快了流动的混合速率,射流更快的达到自相似状态。另外,对比PR和SRK状态方程得出,在略高于临界压力的跨临界条件下,PR方程的精度更高;在超临界射流和高压力下的跨临界射流中,PR和SRK方程的求解精度基本趋于一致。(4)跨临界下的伪沸腾现象的热力学分析,及伪沸腾区间和伪沸腾上临界点的确定。热力学理论分析结合数值模拟研究表明,跨临界伪沸腾现象是一个随温度和压力变化的有限连续过程。伪沸腾的强弱与跨/超临界的环境压力直接相关,压力越高,伪沸腾强度越弱。即,伪沸线(Widom线)并不是无限延伸的,而是一根有限长度的线段,其起点和终点可分别称为“下临界点”和“上临界点”。“下临界点”即通常的热力学临界点(Pr=1);“上临界点”,对常规气体大约出现在3.5倍相对压力处(Pr=3.5),对烃类燃料大约出现在4倍相对压力(Pr=4)处。在“上临界点”处,Widom线两侧的密度差已趋于零,恒压比热的峰值现象消失,伪沸腾中用于体积膨胀的结构潜热也趋于零。一旦超过“上临界点”,流体的恒压加热过程将使类液态流体直接转变为均一的超临界态流体,过渡态则不复存在。对于跨/超临界状态的流体,伪沸点的理论意义和实用价值都要大于临界点。对于混合层而言,随着伪沸腾强度的减小,混合层内“固壁”的阻尼效应降低,混合层厚度增加。热力学第二定律分析表明,伪沸腾强度的下降促进了熵增的增加,加速了低温流体与周围气体的混合,使得混合层逐渐向喷嘴方向回缩。