月池结构广泛存在于海洋油气资源钻探、海洋能源开发装备中,在特种船舶及水面舰艇中也有重要的应用。由于月池自身内部存在自由液面、底部有开口这一特殊的结构形式,使其受外部水流和波浪作用时,内部流体有可能产生剧烈的共振。我国新一代猎扫雷艇中为了给声纳设备提供安全的工作环境,设置了与月池结构类似的声纳围井结构。为实现声纳的360度全方位升降,现有扫雷艇对此月池结构底部的开口进行了扩大。由于开口扩大,月池后方仪器受月池中气泡的影响,出现了测深仪高航速段误报率高、计程仪对水精度差等问题。因此,对月池内部流体振荡的机理和特性,月池内产生气泡的原因、气泡演化发展的特征和在船底分布的规律开展全面的研究具备极高的学术价值和极强的工程指导意义。本文首先从实验、解析及数值方法三个方面对月池水动力特性的研究进展进行了回顾,同时对剪切层自持振荡和船首波、破碎波吸卷气体的研究现状进行了综述。通过对国内外学者的研究工作进行总结,发现解析方法和半解析方法的绝大部分研究工作集中于二维月池,对三维月池高阶模态的研究尚需进一步发展;在研究中常常忽略月池中设备,仅对空腔月池进行分析,对于计及月池内大型设备影响的月池水动力特性缺乏相关研究;剪切层自持振荡方面的研究大多在较高流速下的无界射流或空腔绕流等问题中开展,当流速远小于声速时月池结构的剪切层自持振荡及其发展特征需要更为深入分析;现有研究中尚未见到关于月池中气泡的研究,月池内气泡产生机理和演化发展的规律、气泡从月池中溢出及其在月池后方分布的特征、以及有效抑制月池中气泡的措施是目前亟待解决的难题。为此本文从理论和实验两个方面开展了研究工作。在线性势流理论的假设下,建立了二维和三维矩形开口月池流体振荡的基本方程,在求解过程中引入改进的傅立叶级数方法,把速度势函数假设为标准的傅立叶级数与辅助函数之和的形式,通过建立傅立叶级数中未知系数的方程组,将原有问题中偏微分方程的求解转化为一个标准的特征值问题。通过与文献中的结果对比,对改进的傅立叶级数方法的有效性进行验证。通过求解不同尺度下月池的固有振荡频率和模态,系统地分析了月池尺度对固有振荡特性的影响,指出了对频率变化更为敏感的月池尺度参数。考虑到数值方法和解析方法对月池中气泡问题研究的局限性,建立了月池诱生气泡特性试验系统,设计了拖曳水池不通气船模试验及拖曳水池通气PIV试验两种类型的试验,采用了高速摄像机、动态压力传感器、水下PIV测试系统等多种测量手段,对考虑大型设备影响时月池内及船底的气泡特性进行了系统和全面的研究。在拖曳水池不通气船模试验中主要是对月池中气泡产生的机理进行分析,根据不同航速和月池中流体不同振荡模式下高速摄像记录的月池中气泡的情况的对比,确定月池中气泡产生的原因。同时,对复杂边界月池在均匀流和浪流共同作用时流体振荡的特征进行分析,通过经验模态分解方法对动态压力传感器的数据进行分析,从试验测得的压力振荡结果中分离出代表月池底部剪切层自持振荡的本征模态函数,对月池结构的剪切层振荡的频率特征和反馈方式进行总结,结合高速摄像机拍摄的自由液面振荡的试验现象,分析均匀流和浪流共同作用不同激励模式下的振荡机理。结合船底部测试得到的压力数据,对剪切层向船尾发展的问题进行了探索,指出了船底部波动的现象。拖曳水池通气PIV试验主要是对气泡在船底的分布规律开展研究,针对船模试验高航速段航行时间短、气泡量少的问题,在试验中设计了人工通气装置模拟实船气泡环境。通过对航行过程中水下相机单帧拍摄的图像整体叠加,从统计的角度对四个典型截面的气泡分布特征进行了分析,充分考虑了月池开口形式及型线变化、航速和通气量等参数改变对气泡分布规律的影响,获取了船底气泡层分布的宽度、厚度和气泡集中分布区域位置等关键信息,结合实船实验的结果对拖曳水池通气PIV试验数据的有效性进行验证。在对月池流体振荡和气泡产生的机理有了充分认识的基础上,从控制月池底部流动分离以减小外部浪流等载荷对月池的激励、增加月池内流体系统的阻尼消耗流体运动的能量、减小月池内气泡的产生及泄出和改善气泡在船底的分布四个角度,设计了腔口挡板、腔内阻尼板、腔口封板、导流槽、收流板和分流板等多种抑制措施,并进行了模型试验对这些抑制措施的效果进行了验证。在试验中发现腔口挡板和腔内阻尼板的组合措施有效地减小了月池中的流体振荡,并大幅降低了月池中气泡产生的速度和气泡量,而导流槽和收流板的组合措施则大幅优化了气泡在船底的分布,对实际工程中问题的解决有较强的指导意义并提供了坚实的技术支撑。