轴向柱塞泵工作压力高、排量大、容积效率高,被广泛应用于机械行业的各个领域,随着大型机械应用技术的革新和节能的需求,柱塞泵高压、大排量的需求不断增大。但柱塞泵排量的不断增大,其内部油液流场的空化问题变得更加严重,直接影响到柱塞泵性能的提高和运行的稳定性,因此,探究大排量轴向柱塞泵空化现象的机理和抑制空化发展的研究具有重要的意义。本文在山西省自然科学基金项目(201701D121070)、山西省科技重大专项(GJHZ201602)和山西省高等学校科技创新项目(201802089)的支持下,以大排量轴向柱塞泵为研究对象,探究空化内在产生机理,提出柱塞泵抗空化结构,基于Pumplinx专业流体仿真分析平台,对柱塞泵内部非定常流场进行数值模拟分析,解析抗空化结构对柱塞泵性能的影响,提出优化抗空化结构的方案,并对优化结构仿真验证。首先,通过分析轴向柱塞泵空化和抗空化结构的国内外研究现状,针对柱塞泵内部复杂的流道结构、高低压的转换和缸体高速旋转对配流副油液切割的特性,宏观分析了柱塞泵内空化的机理和影响因素;建立空化气泡压力和动力学数学模型,微观解析了气泡的析出、发展和溃灭的过程,对单空化气泡和群空化气泡的不同溃灭方式及其影响进行了探究;空化气泡的存在会影响到油液的特性,分析了空化气泡对油液的温度、密度和可压缩性等特性的影响,得到了多因素影响下的油液关系方程。然后,借助Pumplinx专业流体仿真分析平台,对提取流体域进行动网格和滑移网格精细化划分,分析了柱塞泵内不同部位流体的流态,应用空化模型,定义油液介质和边界条件,对流体域压力和气体体积分数的分布进行分析,并与柱塞泵试验工作中产生的问题相比较得到:柱塞泵吸油口、配流副高低压过渡区和缸体柱塞腔内空化气体体积分数较高。针对柱塞泵吸油口处空化现象分布广泛和柱塞泵内油液流线的特性,提出配流盘倾斜吸油腰形孔的抗空化结构,并提出轴截面为平行四边形(单向倾斜)和等腰梯形(多向倾斜)的多种腰形孔结构,分别解析了多种配流盘倾斜腰形孔对柱塞泵的自吸性的提高和油液的剪切性能减弱的影响。通过仿真分析得到:配流盘倾斜腰形孔可以有效减小空化气体的分布范围和局部油液的气体含量的峰值约10%,改善了柱塞泵吸油过程中油液速度的突变,减小了油液射流的射流角,实现了配流盘腰形孔内油液含气量整体减小2%左右。最后,对柱塞泵抗空化结构的优化是复杂且非线性的函数,基于Kriging插值模型建立抗空化结构参数之间的Gauss代理函数关系,取样比较解析数据误差、准确预测目标数据值,通过粒子杂交优化算法最大限度迭代优化,直至收敛于目标函数空化气体体积分数的最优值,优化得到:配流盘倾斜吸油腰形孔抗空化结构的最优参数为:轴向偏转角度为75.7°和顺流倾斜角度为8.2°。通过仿真验证优化后的结构对柱塞腔和配流盘腰形孔内空化现象的影响,最大限度的降低了柱塞腔内气体体积分数约2%和减小了配流盘腰形孔内气体体积分数约2.5%。