了解燃油雾化过程是设计实现内燃机高效清洁燃烧模式的前提。为了完善燃油喷雾理论,准确测量燃油喷雾特性特征参数、研究不同试验条件下的燃油喷雾特性、建立可以精准描述燃油喷雾过程的数学模型是至关重要的。本文首先对燃油喷雾纹影图像的前景喷雾精准提取方法开展了研究。随后对用于测量燃油喷雾微观特性的粒子图像分析（PIA）系统的图像后处理方法进行了改进。最后对在不同环境和试验条件下测量得到的燃油喷雾微观特征进行了深入讨论和分析。（1）本文设计并实现了一种可以从燃油喷雾纹影图像中准确测量喷雾宏观特性特征参数的图像后处理方法。该方法主要分为四个部分。第一部分是前景可能性多重评估。通过计算每个像素点及其邻域像素点的像素值变化来判断该像素点是否为前景像素点,实现对前景喷雾区域的初步提取。第二部分是气体被迫流动噪声消除。该部分是根据环境密度的空间变化过程设计的,可以消除由于喷雾发展引起的气体被迫流动噪声,进一步细化前景喷雾区域。第三部分是错误前景区域消除。该部分可以消除已经转变为背景的错误前景像素点,最终完成对前景喷雾区域的精确提取。第四部分是基于提取得到的前景喷雾区域测量喷雾宏观特性特征参数。本文利用不同环境条件下拍摄得到的燃油喷雾纹影图像对多阈值可调前景喷雾区域提取方法进行测试。结果表明,所提取得到的前景喷雾区域与实际喷雾区域十分吻合,测量得到的喷雾宏观特性特征参数与实际值高度一致。（2）本文设计并实现了一种根据多项液滴特征相似度评估进行液滴配对的PIA系统图像后处理方法——多特征相似度液滴配对方法。在利用PIA系统对燃油喷雾微观液滴特征进行测量时,确定同一液滴在连续两帧液滴图像中的空间位置是准确测量液滴特征的关键。现常用的PIA系统图像后处理方法是根据液滴的形态特征设计的,这种方法在处理液滴密度大、液滴形状相似的区域时会出现大量错误的液滴配对,从而导致液滴特征计算不正确。本文对基于液滴形状特征进行液滴配对的PIA系统图像后处理方法的不足进行总结,结合液滴图像的特点,设计了一种多特征相似度液滴配对方法。该方法通过评估液滴间的基本特征相似度,运动特征相似度和邻域空间相似度,将两帧液滴图像中相似度最高的液滴进行配对。并利用PIA系统在不同环境和试验条件下拍摄得到的喷雾微观液滴图像对多特征相似度液滴配对方法的准确性和适用性进行验证。结果表明,相较于根据液滴形态特征设计的PIA系统图像后处理方法,多特征相似度液滴配对方法可以大幅提高液滴配对精度,获得更准确的喷雾微观液滴特征。（3）本文利用PIA系统对柴油喷射结束后喷雾微观液滴特征进行了试验研究,对液滴运动过程进行了定性分析,对液滴速度、液滴尺寸分布、液滴索特平均直径（SMD）及韦伯数进行了定量计算,并得出了燃油喷射结束后喷雾轴线上各位置处的速度计算公式。研究结果表明,燃油喷射结束后,喷雾轴线上各位置处的液滴运动方向并不是垂直向下的,而是会向各个方向运动。随着液滴内源于主喷雾的动能逐渐耗散,环境气体流动对液滴运动的影响将逐渐增大。环境压力对喷雾外的悬浮液滴尺寸影响较小,而对喷雾内部液滴尺寸影响较大,环境压力越大,喷雾内部液滴尺寸越大。燃油喷射结束后,喷雾两端的液滴尺寸较小,而喷雾中部的液滴尺寸较大。喷雾尾部至喷雾前端间各区域内的液滴平均速度近似呈线性增大。（4）本文利用PIA系统对横风条件下的燃油喷雾微观特性进行了试验研究,对喷雾内部不同区域的液滴速度和液滴尺寸进行了测量。基于试验测量结果,拟合得到了不同横风条件下燃油喷雾SMD和喷雾各区域液滴SMD与试验条件、燃油物性参数及横风风速的计算关系式。在横风条件下可以将喷雾内部区域分为两类:一类是由喷雾主导的区域,这类区域内的液滴运动主要受喷雾影响,会出现液滴破碎和碰撞的情况。另一类是由横风主导的区域,这类区域内的液滴运动主要受横风影响,但横风仅对区域内的液滴起运输作用。