我国水能资源蕴藏量与可开发量均高居世界第一,对水能资源的有效利用与开发需要大量的水力机械设备,然而空蚀磨损一直是制约我国水力机械发展的主要因素,已经成为当前我国水力机械亟待解决的关键问题。通常研究者们采用以‘硬’治‘硬’,利用涂层来改善水力机械材料表面的力学性能,如硬度、附着力等,却忽略了对空蚀的先决条件——空化流动及对其控制的研究。作为材料表面重要的属性,润湿性会影响固体表面剪切层内的流场,从而影响空化的产生。现阶段对于材料表面润湿性的研究主要集中于减阻的应用和空蚀实验,但是对于表面润湿性对空化流动影响的研究非常缺乏。因此,本文针对表面润湿性,采用实验与介观尺度下LBM数值模拟方法开展了粗糙度和表面能对绕水翼空化流动的影响研究。建立了一套完整的表面润湿性对空化流动控制影响的研究方法。针对影响表面润湿性的两方面--表面形貌和表面能,加工具有不同表面粗糙度以及表面能的水翼模型以及支撑装置,采用高速全流场显示系统与空化图像处理系统相结合观测绕水翼各阶段空化流动形态。通过LBM方法自编程,从介观尺度下模拟不同粗糙度、表面能,得到水翼表面与流体相互作用时的压力与速度分布,由介观到宏观阐述空化流动机理。由此建立了一套表面润湿性对空化流动的影响的实验与数值模拟相结合方法。水翼表面粗糙度会极大地影响空化流动形态以及发展过程。针对粗糙度分别为Ra=0.6μm和Ra=3μm的水翼A与水翼B,讨论了粗糙度对绕水翼各个空化阶段影响。研究表明,表面粗糙度越大的水翼,越容易发生初生空化;片状空化阶段,绕粗糙度大的水翼具有的最大空穴长度更长,空穴波动性更明显,空穴厚度更厚,无量纲空化面积更大,近壁区速度更小;绕不同粗糙度水翼的云状空化阶段具有明显的周期性,绕粗糙度越大的水翼的空穴增长阶段所占整个周期越小,且可能发生空穴的二次脱落,造成对水翼表面的二次破坏,且粗糙表面上的云状空穴厚度更厚,脱落空泡团尺度更大。水翼表面能对空化流动的形态以及空化发展过程具有明显影响。分析比较绕三种不同表面能涂层的水翼的初生、片状、云状空化流动的流动形态可知,表面能越小越易发生初生空化,但初生空穴尺度较小,易分散。在片状空化阶段,绕表面能越小的水翼空穴发展的最大长度越短,空穴越零散。绕不同表面能的水翼云状空化阶段都出现了空穴的二次脱落,绕表面能越小的水翼,其空穴长度范围更小,最大空穴长度更短,空穴面积更小,脱落空泡团的尺度更小,距离壁面更远,因而造成的损害越小。