随着国Ⅵ排放法规的实施，发动机即将实现近零排放，提高热效率以降低能源消耗成为未来发动机技术发展的主要目标。发动机喷油嘴射流雾化性能直接决定了缸内混合气的形成质量，是整个燃烧过程的关键，对热效率提升有着重要的影响。近年来，行业内在研究中发现非圆喷孔在提升燃油雾化性能方面具有巨大潜力，且对提升发动机燃烧排放性能也有着积极作用，因此，开展非圆喷孔射流雾化机理与混合强化相关基础理论研究，在理论研究和工程应用方面都具有十分重要的意义。本文以椭圆和等边三角形喷孔为研究对象，探索非圆喷孔内部空化、湍流流动、射流换轴现象及其对燃油雾化质量的强化机理，为非圆喷孔喷射技术及设计制造提供理论依据。论文主要研究工作如下：
　　（1）基于大涡模拟湍流计算方法，建立非圆喷孔内部空化流动模型，研究喷孔形状和空化数因素对喷孔内部空化与湍流流动特征及其对出流特性参数的影响规律。研究发现椭圆喷孔内部空化分布呈非轴对称，长轴面空化分布长度较短轴面分布长，在椭圆喷孔出口截面成了特有的马蹄形空化形态。相比于圆孔，椭圆喷孔出口湍流涡量大，空化强度小。喷孔流量系数与面积系数随着空化数的减小而减小，而喷孔速度系数随着空化数的减小而增大。椭圆喷孔流量系数较圆孔高，当喷孔内出现空化后，椭圆喷孔的速度系数比圆孔小，而面积系数比圆孔大。
　　（2）采用长距离显微摄像技术，分别在不同喷射压力条件下获取了椭圆喷孔近场喷雾图像，并建立了实际喷油嘴椭圆形喷孔内部流动计算模型，以实际喷射压力为计算边界条件，结合椭圆喷孔内部流动计算结果与椭圆喷孔近场喷雾特性，研究了圆孔与椭圆形喷孔对近场雾化特性的影响规律。研究发现椭圆喷孔出口处沿长轴方向的气相体积分数较圆形喷孔高，表明椭圆形喷孔出口截面在长轴方向上的空化强度较圆形喷孔高；在整个喷射过程中椭圆形喷孔近场长轴面喷雾锥角比圆孔的大。椭圆喷孔在长轴面上的空化强度比圆形喷孔强，有利于增大近场喷雾锥角。椭圆喷孔近场喷雾投影面积比圆形喷孔大，表明采用椭圆形喷孔能有效的提高近场区域的油气混合质量，进而改善整个喷雾场的燃油雾化质量。
　　（3）基于LES/VOF（Large Eddy Simulation/Volume of Fluid）的气液界面捕捉方法，建立了耦合喷孔内部流动的初次雾化破碎模型，研究了椭圆形喷孔初次雾化和射流换轴性能的影响规律。研究发现圆形与椭圆形喷孔射流初期均出现了蘑菇头状的喷雾形态结构。相较于圆孔，椭圆形喷孔的射流破碎长度短，采用椭圆形喷孔可以有效的减小液相射流破碎长度；椭圆喷孔射流的湍流涡量较圆孔的要大，且随着长短轴比的增大，射流场的湍流涡量也随之增大。椭圆喷孔射流场的湍流涡核结构要比圆形喷孔的多，湍流涡核结构集中在液相射流破碎的区域，说明湍流涡结构可以引起射流的不稳定破碎。椭圆喷孔在长轴面和短轴面的喷雾宽度均比圆形喷孔的大，椭圆孔射流宽度在长轴面和短轴面上的这种交互现象表明了椭圆孔射流过程中经历了换轴。椭圆喷孔射流的空气卷吸流量高于圆孔射流，且椭圆度为1.8的椭圆孔射流的空气卷吸流量最大。
　　（4）基于米氏散射试验方法，研究了椭圆喷孔在不同喷射压力、环境背压及温度条件下的射流雾化与蒸发特性。研究发现椭圆喷孔喷雾贯穿距离在整个喷雾历程中均比圆孔喷雾短，主要是因为椭圆孔喷雾较大的表面积引起的较大的空气阻力。椭圆喷孔喷雾锥角在长轴面和短轴面的交互次数随着环境背压的增加而减小，提高喷射压力会增加交互次数。椭圆喷孔喷雾在长轴和短轴面上的喷雾投影面积均比圆孔喷雾大，这表明采用椭圆喷孔可以有效提高油气混合质量。椭圆喷孔喷雾在长轴面和短轴面的空气卷吸量都比圆形喷雾高。当喷射压力为120MPa时，环境温度600K，环境压力1MPa，椭圆孔喷雾稳态条件下的液相长度比圆孔的减小了34.5%，结果表明采用椭圆喷孔可以有效的促进喷雾液相的破碎。采用椭圆喷孔可以有效的缩短喷雾液相贯穿距离，较短的喷雾液相贯穿距离预示着有较好燃油与空气的混着质量和速率，进而有利于改善发动机的燃烧和排放性能。
　　（5）采用米氏散射试验方法，尝试研究了等边三角形喷孔射流雾化与混合强化机理，并结合等边三角形喷孔出流特性参数的模拟计算结果，对比分析了圆孔与等边三角形下游雾化特性产生差异的机理。研究发现相比与圆形喷孔，等边三角形喷孔出口汽相体积分数小，而流量系数及喷孔出口处湍流涡量值要高。圆孔喷雾贯穿距离始终比等边三角形喷孔喷雾贯穿距离长，而圆形喷孔喷雾锥角则比等边三角形喷孔要小；等边三角形喷孔喷雾锥角在长轴面和短轴面上出现了交互，表明等边三角形喷雾过程中经历了换轴；等边三角形喷孔喷雾空气卷吸量较圆孔喷雾的大，提高喷射压力会进一步增加喷雾过程中的空气卷吸量。等边三角形喷孔喷雾液相长度比圆孔的小，结果表明采用等边三角形喷孔可以有效的加速喷雾液相的破碎，缩短液相长度，提高油气混合质量。