物体入水问题有着广泛的工程应用背景和重要的科学研究意义,由于其涉及气、液、固三者之间的耦合作用,在砰击过程中,近自由液面处的强非线性、强非定常性流动使人们对该问题的认知带来较大的技术挑战。同时,上个世纪80年代诞生的PIV技术由于无干扰、瞬态、全局的流场测量特点,是近代实验流体力学的一大里程碑式突破,其突破了传统实验技术手段的限制,为传统流体力学问题提供了一种新的认知角度,又是一种新的流动现象探索手段和流动机理研究方法。文章主要将高频响的时间解析PIV(Time-resolved PIV)系统应用于物体入水问题研究中,并搭建相应的入水试验平台和PIV流场测试系统。针对传统的楔形体入水问题,由于入水过程中存在物体边界运动和自由液面变化问题,提出了一种基于Radon变换的图像边界特征检测和动态图像掩膜方法,并应用TR-PIV技术进行砰击流场细节研究,辅以相应的数值模拟和理论解析。在获取TR-PIV测试结果后,提出一种基于不可压缩纳维-斯托克斯方程的分块多路径压力积分方案,实现砰击压力场的无接触、流场全局、瞬态评估。通过PIV技术将砰击流场与物体运动响应、瞬态砰击压力以及砰击载荷相联系,实现宏观力学性能与细节流场结构的直接关联。随后,针对具有任意边界的船艏入水问题研究,由于入水过程中存在的流动分离、卷气等复杂流动现象,在先前的TR-PIV技术基础上,进一步发展TR-PIV/LIF耦合技术,LIF技术用于砰击过程中复杂气液两相流动现象捕捉,TR-PIV技术用于细节流场结构测试。对船艏入水过程中的流动分离、气腔的形成与演化、流动的交汇与鞍点的迁移等复杂流动现象进行了细致分析。对船艏入水过程中作用最为剧烈、危害性最大的二次砰击现象进行了深入研究,引入上文中压力重构方法,详细阐明了二次砰击的产生机理及其作用效应。