相比传统燃油直喷喷雾的雾化和蒸发混合要求，氢气直喷气束没有雾化和蒸发的要求，但其仍需在喷射后与空气进行充分混合。基于氢气的低密度特性，其气束分布和贯穿距在氢气喷嘴的喷孔设计中尤为关键。故需要对氢气直喷喷嘴的喷孔设计和喷射后的气束进行仿真和测试研究。考虑安全性，使用性质更稳定的氦气替代氢气，采用高速纹影法和背景导向纹影法，分别对气体喷射气束的形态进行定性显示和定量测量，研究分析气体喷射贯穿距的特性，并将测试结果用于仿真模型的标定。搭建氢气喷射的仿真模型，研究不同喷孔的设计的氢气气束喷射形态和与空气的混合特性。

本项目希望结合高速纹影法与背景导向纹影法研究氢气直喷喷嘴的气束特性，基于测量得到的射流气束特性标定仿真模型，分析喷嘴结构对氢气射流气束特性的影响。受到疫情封校影响，本研究原定实验计划无法按期执行，故对项目内容进行调整，将采用高速纹影法研究燃料喷雾的宏观结构与蒸发特性，基于初步的氢气喷嘴实验数据优化背景导向纹影法用于记录气体密度场测试效果，并采用Fluent软件和Converge软件分别对容弹内和气缸内的氢气喷嘴射流进行仿真模拟，对4种喷嘴进行喷射仿真分析，研究不同仿真因素和不同喷孔设计的气体喷射流量和气束特性。

在高速纹影实验方面，本项目围绕改进的“Z”型反射式纹影光路成像系统构建实验测试平台，研究燃料喷射温度与喷射环境温度两个重要的喷射条件参数以及燃料类型对喷雾气液两相宏观结构与蒸发特性的影响。

在背景导向纹影实验方面，本项目利用仿真数据集探究背景导向纹影系统中互相关算法和背景模式对系统准确性的影响，获得最佳的背景模式和算法参数，搭建射流试验台，建立氦气喷射气束的定量密度场。

在仿真分析部分，利用Fluent 软件和Converge软件进行数值模拟，通过对喷嘴设计并进行纯气体的多相流仿真，研究环境温度、测试气体温度、喷射压力、喷射脉宽、喷孔直径和喷射段长度均对射流形态的影响。