利用fluent软件的mixture(两相混合)模型及RNGκ-ε湍流模型,通过动网格、滑移网格模拟柱塞移动及缸体的转动,UDF(User Defined Function)设置流体的可压缩性,建立水压轴向柱塞泵有限元计算模型。发现柱塞腔的空化程度与m值(柱塞腔直径与缸体腰形孔当量直径的比值)有很大关系,并建立不发生空化mc值的数学模型。经仿真分析发现:m值越小,柱塞腔中空化度越小。斜盘倾角β、缸体角速度ω越大,柱塞腔中不发生空化区域越小。通过研究,合理选择m值,可以减小柱塞腔的空化,减小柱塞泵的振动,提高柱塞泵容积效率,对轴向柱塞泵的设计具有实际意义。

针对某新型软后坐火炮制退机的恒定液压阻力系数无法准确描述制退机性能的问题,基于计算流体力学方法计算了火炮后坐复进不同阶段的液压阻力系数,其中重点考虑了空化效应对液体流动的影响。分别对前冲、后坐及复进阶段,建立了带有中心斜孔的筒内壁沟槽主流等效模型、不带中心斜孔的筒内壁沟槽主流等效模型及筒外壁沟槽主流等效模型。采用Mixture多相流模型与标准k-ε湍流模型,得到了不同沟槽深度及运动速度下液压阻力系数K的值。结果表明,液压阻力系数在前冲阶段为4.2~6.0、在后坐阶段为1.8~2.8、在复进阶段为1.6~2.4;且液压阻力系数随沟槽深度的增大而减小,随速度的增大先减小,达到发生空化的速度后增大。该研究可为某软后坐火炮的反后坐装置设计及试验测试提供支撑。

在多孔射流钻头的基础上,设计了脉冲空化多孔射流钻头,分析了其工作原理:当流体冲击叶轮高速旋转时,可对侧向孔眼入口处的流场产生有规律性的扰动,形成脉冲射流;同时,高速旋转的叶轮可以降低叶轮附近流体的局部压力,可产生许多微小空泡,夹杂在射流中形成空化射流。同时形成的2种射流进而耦合成脉冲空化射流。并利用流体力学和机械设计理论对射流钻头本体、叶轮轴和叶轮的结构参数进行了研究,研究结果可为脉冲空化多孔射流钻头结构设计提供依据。

低压空化喷嘴利用空化特性能提高射流清洗效果。该文利用Fluent工具研究了低压空化射流喷嘴的进气结构特性，通过增设空气通道，并根据不同的进气角度进行模拟仿真，比较了不同情况下喷嘴的冲洗能力。仿真结果表明，进气角度为45°，进气直径为1mm的三通道喷嘴具有较好的冲洗能力，并且射程较远。计算结果为空化喷嘴的优化设计提供了有益的参考。

为了产生更好的空化效果,探索空化射流应用于油罐清洗除锈的新方式,提高清洗除锈的效率和安全性.提出了将异形中心体与锥形喷嘴组合产生空化射流的思路,采Mixture多相流模型,在12MPa的射流压力下,对含平头柱体、90°锥形柱体和半球柱体3种中心体喷嘴产生的射流流场进行数值模拟,重点对流场压力分布、轴向速度分布和空化体积进行了对比分析.研究表明：含半球柱体喷嘴比另两种异形中心体喷嘴产生更高的射流速度,且存在较大的核心区;含半球柱体喷嘴和含90°锥形柱体喷嘴比含平头柱体产生的空化区域更大,稳定性更好;含90°锥形柱体喷嘴射流产生空化泡扩散距离最长,空化体积最大.

对锥形节流阀进行了流场模拟及其特性研究，分析了流道背压对锥形节流阀流道内压力、速度和空化区域分布的影响。研究结果表明：锥形节流阀阀腔内节流口后部区域，流体流速增高、压力降低，是空化发生的主要区域。随着背压的减小，空化区域不断增大，空化强度增强。背压越小，空化区域越靠近阀座壁面，空化强度越大。研究结论可为工程人员设计高性能液压阀提供了理论依据。

为了研究锥阀空化条件下流体与阀芯之间的相互作用，通过结合ANSYS Fluent和System Coupling软件平台实现锥阀和流体间相互耦合的数值模拟，得到锥阀在内流和外流条件下双向流固耦合时的空化区域气体体积分数和单向、双向耦合时的阀芯0~3 s时段内等效应力分布云图。对比分析发现在结构突变区域空化明显，外流空化区域较大，空化程度比内流严重。在锥面上应力集中明显，最大应力集中在阀芯尖端；内流时的等效应力远大于外流时的等效应力；流固双向耦合时的等效应力大于流固单向耦合时的等效应力；流固双向耦合时的阀芯尖端的最大等效应力波动形态与气泡的波动形态有较好的一致性。

基于空泡动力学和两相流理论,采用Schnerr-Sauer模型,运用动网格技术对涡旋式液泵不同转速下的空化特性进行了数值模拟,得到不同转角下流场内空化发生位置和强度随着转速的变化规律,以及气液相的分布情况。结果表明：涡旋液泵低转速时不易发生空化,随着转速的增加,空化加剧且多发生在啮合间隙处及吸液腔内,转角较大时在动盘外壁面处也有较为严重的空化发生;随着转速的增大,泵进口流量增大,由于空化的加剧效率降低。

通过对中线蝶阀启闭过程中的流场进行二维动态数值模拟计算,得到了不同开度下阀后流体涡旋的演化规律。结果表明：随着开度的减小,流体经过蝶阀后,在蝶阀下游形成了一对旋向相反的对称涡,进而发展成非对称涡,最终演变成为多个非对称涡结构。同时,流体经过蝶阀后在蝶板下游边缘发生空化,当开度在14°左右时,气含率达到最大值0.79。空化促进了局部小尺度涡的产生,小尺度涡的发展和消亡加剧了蝶板运行过程中的振动,进而产生噪声。

在小开度的情况下,在椭球形阀芯外侧安装多孔笼罩的方法对于抑制阀门流场的空化有着较好的效果。为了研究笼罩结构参数对带多孔笼罩椭球形阀芯空化的影响,进一步提高多孔笼罩抑制空化作用的效果,建立了小开度下带多孔笼罩椭球形阀芯的数值模型。在相同开度下,对不同笼罩直径、不同笼罩孔数以及不同笼罩孔径的模型进行数值模拟比较。结果表明,大直径少孔小孔径的多孔笼罩抑制空化的效果最好。当多孔笼罩开孔率恒定时,优先考虑孔数少的多孔笼罩。本文的研究对于多孔笼罩的设计和阀内空化的抑制有着一定的指导意义。