水力机械中发生的空化现象是一种涉及相变、非稳态和多尺度湍流的复杂多相流现象。轴流泵空化通常会导致泵机组产生振动、噪音以及气蚀破坏等不良现象，由此对轴流泵空化现象进行深入的研究。由于轴流泵的过流部件结构较为复杂，影响流场中空化发展的因素众多，直接研究轴流泵中的空化现象非常困难。因此，在本文的研究中，遵循循序渐进的原则，逐步从绕二维翼型流场中的空化现象，到三维效应下绕扭曲翼型流场中的空化现象，最后研究轴流泵中发生的复杂非稳态空化现象。本项目在国家自然科学基金面上项目:轴流泵叶顶泄漏涡云状空化脱落肌理与不稳定控制(51479083)的资助下开展了水翼和轴流泵的非稳态空化研究，取得的主要内容及成果:　　(1)本文选用Zwart均相流空化模型作为本文空化流数值计算的空化模型，对比分析了基于密度修正的DCM SSTk-ω模型和局部时均化模型(PANS)两种湍流模型。数值模拟结果发现PANS模型的预测准确性以及流场局部细节的预测能力优于DCM SST模型;基于PANS模型的数值模拟结果表明，绕二维翼型流场中空穴的断裂及分离发生了两次;并发现由回射流与流过翼型上下表面的主流相互作用，形成的具有相反旋转方向的漩涡对是断裂后的后半部分空穴转变成云空穴的重要原因;云空穴形成后形成的位于云空穴上游的局部高压区及其扩散的压力波抑制了翼型前缘残留空穴的发展。　　(2)选取一个攻角沿展向变化的三维扭曲翼型作为研究对象，在人为控制的三维效应下，研究了绕三维扭曲翼型空化流场中空化的发展演化情况。研究对象扩展为三维，由于网格数的限制原先的PANS模型已不太适合当前的数值研究，故又引入了滤波函数湍流模型(FBM)，并对湍流粘度进行了密度修正以解决湍流粘度过度预测的问题;对引入的这套数值方法在绕三维扭曲翼型空化流场中进行了数值方法验证，发现预测的空泡总体积以及平均升力均与试验数据吻合良好，而且数值模拟所得到的空穴发展演化过程与高速摄影图像吻合较好，验证了所采用的数值方法以及网格在绕三维扭曲翼型空化流场的数值模拟研究中具有良好的适应性和准确性;通过比较空泡体积分数所描述的空穴轮廓在流场中的发展演化图以及使用Q准则等值面所预测的漩涡结构在流场中的发展演化图，发现空穴与漩涡在流场中的位置以及演变趋势一致，说明两者之间存在紧密的关联特性;通过扭曲翼型中间截面上的空泡体积分数云图与涡量幅值云图，可看到流场中的空化发展诱导产生了漩涡，而漩涡出现后又加剧了空穴的不稳定性，漩涡的低压又引起了空化发生。　　(3)针对轴流泵叶顶区复杂空化问题，在无空化单相流情况下比较了数值模拟和试验得到的流量-扬程曲线，验证了所采用的网格以及数值方法在该轴流泵这一具体应用环境下中的适用性;计算了在三种不同工况下的空化特性曲线并与试验获得的空化特性曲线进行比较，发现NPSHr数值模拟结果与试验的误差均在10％以内，数值计算精度符合要求;研究了额定工况不同空化数工况条件下轴流泵叶轮内部的两种主要空化形式，发现在叶片吸力面的附着型空穴的生长与翼型空化流场中空穴的生长推进方式有较大区别，附着空穴的生长在径向存在很大差异。而位于叶顶区的空化，随着空化数的降低，叶顶射流剪切层也产生空化，叶顶间隙区的间隙空穴、剪切层空化和泄漏涡带空穴逐渐连成一片，形成三角形的叶项空穴区，叶顶空穴区的尾部在崩溃后会形成次生空泡群并在高压区溃灭;最后，研究了轴流泵非稳态条件下的空化现象，发现轴流泵中可能由于叶轮的旋转效应的影响使其空化发展的周期要远远小于同等条件下绕翼型流场中的空化发展周期;轴流泵叶顶区域的空穴脱落与二维翼型空化流场中的空穴脱落有些相似，均发生了两次，但两者的脱落方式以及位置不同;最后详细的对比分析了轴流泵叶顶区域的空化发展过程，为今后的进一步研究提供了更多维度的数据和信息。