汽蚀是当流道内液体局部压力下降至临界压力时,液体中气核成长为气泡,气泡的成长、脱落、流动和溃灭的整个过程。汽蚀常发生于各种水力机械,并带来振动、噪声和侵蚀等多种不利影响。汽蚀是一种高湍流强度、伴随涡旋运动的非稳态两相流动,流态十分复杂,而低温汽蚀除上述因素之外,还存在热效应,即能量交换,情况更为复杂。针对水等常温流体汽蚀的数值模拟和实验研究已十分丰富,而低温流体汽蚀的数值模拟研究目前仅限于二维结构,实验研究也非常匮乏。本文基于LES模型开展了液氮非稳态汽蚀的数值模拟,模拟结果和实验结果吻合较好。本文模拟所用几何结构为三维绕扭曲翼型Twist-11N,模拟结果表明了液氮三维汽蚀与水汽蚀全然不同的脱落机制:水汽蚀由尾部回射流引起主体脱落而液氮汽蚀主要由侧面射流引起主体脱落。另外,本文阐述了流场中涡旋运动和汽蚀脱落互相影响的关系。本文搭建了液氮汽蚀的可视化实验台并进行了初步实验,获得了丰富的汽蚀脱落的图像。实验中观察到了局部汽蚀、片状汽蚀和云状汽蚀等多种类型的汽蚀现象。通过分析脱落过程中汽蚀区长度的变化,本文研究了汽蚀脱落的周期性,并以脱落形态的不同将周期内的汽蚀发展划分为三个阶段。