空蚀是水力机械的主要破坏形式,主要表现为微射流冲击破坏及因热效应带来的高温破坏。但由于空蚀现象的复杂性,其机理或本质仍是颇具争议的问题。本文通过结合实验和数值计算,对三种类型材料,即脆性材料(石英玻璃)、塑性材料(聚四氟乙烯-PTFE)和弹塑性材料(Q235钢)进行空蚀损伤形式及钢材料表面“彩虹环”现象的研究,为认识不同类型材料的抗空蚀能力和探索空蚀过程中局部热效应的形成机理提供了新的理论和实验依据。其主要创新点是基于热-固耦合机理模拟了“彩虹环”的形成过程,得到温度区域分布特征、最高温度值及位置等信息,并获得试验验证。本文研究表明,数值计算结果与实验结果吻合较好。其主要结论如下：不同空蚀损伤形式的形成取决于具有不同物理性质的材料在瞬时大载荷冲击下的晶体结构变化和失效模式：“彩虹环”是钢材料空蚀破坏热效应的独特表现,实验介质中是否含有颗粒等物质会影响蚀坑大小和“彩虹环”尺寸颜色；同时,“彩虹环”区域形状为半球形,曾经历的温度高达1380℃至1450℃,最高温度位置处于应力集中点而不是在弹塑性变形最大点(即蚀坑底部),一定程度上说明“彩虹环”是材料极短时间内大量塑性形变和应力波共同作用的结果。