面对日益严格的排放法规、实现更高的效率需求已经成为发动机面临的主要挑战。发动机缸内燃油与空气的混合过程决定着发动机的燃烧效率及污染物排放。通过控制可变的喷油率来控制燃料和空气的混合燃烧过程,从而达到高效清洁燃烧这一目标。因此对可变喷油条件下的喷雾特性进行研究显得尤为重要。柴油喷雾模型是柴油喷雾特性研究中的重要基础性工作,已经成为分析预测柴油喷雾发展和改善柴油喷雾混合特性的重要工具。目前绝大多数喷雾模型只适用于恒定喷油率的喷雾特性参数计算,针对变喷油率开发的现象学喷雾模型少之又少,且变喷油率条件下的相关喷雾传播机理仍不够清晰。为此本文对一维离散喷雾模型进行优化,使其适用于变喷油率条件下的喷雾特性参数计算。将优化后的一维离散喷雾模型计算结果与可视化试验数据进行对比,从而证明一维离散喷雾模型适用于变喷油率计算的准确性,随后基于优化后的一维模型对等喷油量变喷油率条件下的喷雾特性进行研究,对比分析不同变喷油率曲线的喷雾特性变化(喷雾贯穿距、卷吸率、轴向平均速度、当量比)。在喷雾模型的研究过程中,发现了变喷油率条件下柴油喷雾有效喷射速度随喷射速度不断变化的现象,并首次将有效喷射速度引入到一维模型的计算中,定性分析得到不同变喷油率条件下喷雾尖端处有效喷射速度随喷孔出口处喷射速度的变化规律,并给出引起此变化的具体原因。为进一步验证一维离散喷雾模型计算的准确性,本文基于三维CONVERGE软件对柴油喷雾的发展过程进行数值模拟研究。对比分析不同工况下CFD仿真得到的喷雾云图和可视化试验获得的喷雾图像,进一步验证三维喷雾CFD仿真的准确性。随后应用三维仿真软件对等喷油量变喷油率条件下的喷雾特性进行研究,并将三维仿真的燃油浓度分布与一维模型的当量比计算结果进行对比分析,从而进一步证明一维离散喷雾模型适用于变喷油率计算的正确性。在模型研究过程中发现,若能确定有效喷射速度随喷射速度变化的具体函数关系,即可为后续变喷油率喷雾模型的开发奠定基础。为此本文基于射流力学理论推导建立有效喷射速度随喷射速度变化的定量计算解析式。并将有效喷射速度的定量计算解析式应用到适用于恒定喷油率的喷雾模型中,构建了基于有效喷射速度的现象学喷雾模型(零维喷雾模型),开发出一种新的适用于变喷油率的喷雾模型用于喷雾贯穿距的预测和计算,并将零维模型的计算结果与试验数据、一维模型计算结果、三维模型计算结果进行对比分析,进一步验证该零维模型适用于变喷油率计算的合理性和准确性。以期为后续深入解析喷雾的发展过程、新现象学喷雾模型的开发提供一定的参考和理论价值。