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喷雾撞壁是GDI汽油机颗粒物排放的主要来源也是造成GDI汽油机机油稀释的主要原因，因此GDI喷雾撞壁特性是近年来的研究热点之一。然而，现有的研究工作主要集中于对喷雾撞壁宏观特性和二次液滴粒径粒速特性的研究，对不同壁面条件下撞壁过程中壁面燃油沉积特性的研究尚有不足。同时，现有喷雾撞壁模型通常由单液滴撞壁模型发展而来。然而在实际GDI喷雾撞壁过程中，喷雾内部液滴密集，喷雾撞壁过程中液滴间存在剧烈的相互作用，现有模型并不能准确描述实际喷雾撞壁过程。鉴于此，本研究从喷雾撞壁的附壁油膜特性和多液滴撞壁过程两方面入手，主要研究内容如下：
第一部分，使用激光诱导荧光法(LIF)分别对GDI喷雾撞击高温壁面和高粘度油膜壁面的附壁油膜特性进行了定量研究。使用二维Gaussian方程拟合激光能量分布，对传统LIF油膜测式的标定方法和计算方法做出改进，在一定程度上提高了LIF测量壁面油膜的准确性与可靠性。
为观测在实际GDI汽油机喷雾撞壁过程中可能存在的莱顿弗罗斯特现象(Leidenfrost Phenomenon)，壁面被加热至220℃。实验发现随着壁面温度的升高，附壁油膜形态区别极大。常温时附壁油膜为连续铺展油膜形态，当壁面被加热至100℃时边缘连续油膜收缩成条带状且油膜中有空洞出现，当壁面温度达到或超过140℃时壁面上只能观察到独立分散液滴形式的附壁燃油。
附壁燃油质量随着壁面温度的升高而单调降低，莱顿弗罗斯特效应虽然会降低燃油沉积后的蒸发速度，但其在高温壁面撞壁过程中的作用更多得体现在促进液滴飞溅与反弹，降低燃油附着量。常温下近60%的燃油在撞壁后附着在了壁面上，这一数值在140℃壁面上降低为30%左右，在壁面温度达到220℃时附壁燃油基本消失。
实验使用不同粘度的硅油模拟不同温度下的机油油膜，测量了油膜厚度10μm到50μm，初始油膜粘度分别为10cSt和100cSt下的附壁油膜特性。实验发现，由于撞壁喷雾中入射液滴的缓冲作用，高粘度油膜的存在会阻碍液滴飞溅加剧燃油沉积。油膜厚度的提高会使燃油附壁量增大，而提高喷油压力能有效减少燃油附壁质量。机油粘度对附壁质量影响较为复杂，在不同喷油压力下有不同影响。
第二部分，以两束临近连续液滴撞壁过程作为对多液滴撞壁过程的简化，利用高速摄影背光法观测了多液滴撞壁过程中的特殊现象。实验发现两束液滴撞壁后会各自产生壁面液膜，而壁面液膜间的相互作用是多液滴与单液滴撞壁间产生巨大差异的主要原因。本研究以此为突破口，根据初始液膜速度和两束液滴间的入射距离建立了“中央液膜”和“累积液池淹没射流”两个液膜相互作用模型，并结合实验现象将多液滴相互作用过程区划分为“无明显相互作用”“剧烈飞溅”“温和飞溅”“中央液柱”和“简单累积”等五个特征区域。
进一步，编写二次液滴提取算法，对剧烈飞溅区域的高速背光图像中的二次液滴特性进行识别提取。结果表明，剧烈飞溅区域内二次液滴平均直径明显大于单液滴撞壁产生的二次液滴，同时其粒径分布区域更宽，分布更分散。本文结合液膜破碎理论推导出二次液滴理论特征直径ds，并以三参数Weibull分布为基础拟合得到了二次液滴粒径的概率分布公式。
综上所述，针对GDI汽油机喷雾撞壁的壁面沉积液膜特性和多液滴相互作用特性两个方面展开了细致研究，有助于增加对GDI汽油机喷雾撞壁过程的理解，对喷雾策略设计与撞壁模型的搭建具有一定的指导意义。
第一部分，使用激光诱导荧光法(LIF)分别对GDI喷雾撞击高温壁面和高粘度油膜壁面的附壁油膜特性进行了定量研究。使用二维Gaussian方程拟合激光能量分布，对传统LIF油膜测式的标定方法和计算方法做出改进，在一定程度上提高了LIF测量壁面油膜的准确性与可靠性。
为观测在实际GDI汽油机喷雾撞壁过程中可能存在的莱顿弗罗斯特现象(Leidenfrost Phenomenon)，壁面被加热至220℃。实验发现随着壁面温度的升高，附壁油膜形态区别极大。常温时附壁油膜为连续铺展油膜形态，当壁面被加热至100℃时边缘连续油膜收缩成条带状且油膜中有空洞出现，当壁面温度达到或超过140℃时壁面上只能观察到独立分散液滴形式的附壁燃油。
附壁燃油质量随着壁面温度的升高而单调降低，莱顿弗罗斯特效应虽然会降低燃油沉积后的蒸发速度，但其在高温壁面撞壁过程中的作用更多得体现在促进液滴飞溅与反弹，降低燃油附着量。常温下近60%的燃油在撞壁后附着在了壁面上，这一数值在140℃壁面上降低为30%左右，在壁面温度达到220℃时附壁燃油基本消失。
实验使用不同粘度的硅油模拟不同温度下的机油油膜，测量了油膜厚度10μm到50μm，初始油膜粘度分别为10cSt和100cSt下的附壁油膜特性。实验发现，由于撞壁喷雾中入射液滴的缓冲作用，高粘度油膜的存在会阻碍液滴飞溅加剧燃油沉积。油膜厚度的提高会使燃油附壁量增大，而提高喷油压力能有效减少燃油附壁质量。机油粘度对附壁质量影响较为复杂，在不同喷油压力下有不同影响。
第二部分，以两束临近连续液滴撞壁过程作为对多液滴撞壁过程的简化，利用高速摄影背光法观测了多液滴撞壁过程中的特殊现象。实验发现两束液滴撞壁后会各自产生壁面液膜，而壁面液膜间的相互作用是多液滴与单液滴撞壁间产生巨大差异的主要原因。本研究以此为突破口，根据初始液膜速度和两束液滴间的入射距离建立了“中央液膜”和“累积液池淹没射流”两个液膜相互作用模型，并结合实验现象将多液滴相互作用过程区划分为“无明显相互作用”“剧烈飞溅”“温和飞溅”“中央液柱”和“简单累积”等五个特征区域。
进一步，编写二次液滴提取算法，对剧烈飞溅区域的高速背光图像中的二次液滴特性进行识别提取。结果表明，剧烈飞溅区域内二次液滴平均直径明显大于单液滴撞壁产生的二次液滴，同时其粒径分布区域更宽，分布更分散。本文结合液膜破碎理论推导出二次液滴理论特征直径ds，并以三参数Weibull分布为基础拟合得到了二次液滴粒径的概率分布公式。
综上所述，针对GDI汽油机喷雾撞壁的壁面沉积液膜特性和多液滴相互作用特性两个方面展开了细致研究，有助于增加对GDI汽油机喷雾撞壁过程的理解，对喷雾策略设计与撞壁模型的搭建具有一定的指导意义。