空化是一种涉及相变、非定常和多尺度湍流的复杂现象，特别是云空化的强不稳定性往往会导致水力机械中噪音、振动和汽蚀等严重问题。因此，有必要对非定常空化的机理进行研究。　　本文基于二维水翼空化计算，对湍流模型和空化模型作了相关修正，并使用修正后的数值模型对二维水翼的4种典型空化形态分析对比，然后计算了三维水翼的非定常云空化特性，分析了空化的三维效应，最后验证了在水翼空化计算中所采用的数值模型在轴流泵空化计算中的适用性。本文取得的主要成果如下:　　选择了Zwart空化模型作为本文研究空化流问题的空化模型，考虑到湍流脉动对汽化压力的影响，对Zwart模型作了修正;探索了空化模型的重要参数水气最大密度比对空化问题预测精度的影响，发现最大密度比对计算得到的空泡形态、相间质量传递速率以及翼型表面的压力分布有较大影响，较小的取值会低估空化的发展，而较大的取值会造成计算不易收敛。　　在空化流计算中引入了基于RNG k-ε模型的滤波器(FBM)湍流模型，并分析了FBM模型中的滤波尺寸对计算的影响，随着滤波尺寸的减少，计算精度提高，空化的非定常特性更为明显。但受到网格分辨率的影响，滤波尺寸进一步减小对改善计算精度的作用不明显，最终选择滤波尺寸为1.01L;考虑到气液混合物的可压缩性，在FBM模型的基础上，通过密度函数修正了局部可压缩性对湍流粘度的影响，得到MFBM模型，有效地增大了计算的空泡长度和空泡含气率。　　采用改进后的数值模型分别研究了二维与三维水翼的非定常空化流场，研究发现MFBM湍流模型合理地预测了云空化流场中的湍流粘度，较准确地再现了空泡的生长、脱落和溃灭的准周期性过程。反向射流是导致片状空穴断裂和云空泡脱落的主要触因，而云空泡溃灭产生的高压冲击波和片状空穴生长导致的足够大的逆压梯度是反向射流形成的根本原因;三维水翼的云空化过程与二维水翼类似，但由于边壁的影响，不同翼展方向截面上的反向射流强度不同，造成了较为明显的空化三维效应。　　采用原始的FBM模型对轴流泵无空化下的外特性进行预测，发现FBM模型能够提高轴流泵外特性的预测精度，特别是能大幅提高在小流量工况下的预测精度;对轴流泵的空化流进行非定常计算，得到了与实验一致的空泡脱落现象，验证了修正后的FBM湍流模型和Zwart空化模型在轴流泵非定常空化计算中的适用性。