空化水喷丸技术是一项新型金属材料表面强化处理技术，其工作原理是合理利用淹没式高速高压水射流空化后形成的大量微小空泡群，微小空泡在材料表面溃灭时可产生高达数GPa的冲击波压力，利用该压力来强化材料表面。空化水喷丸技术依靠自身的技术特点和优势，在国际表面改性技术领域中受到许多学者的广泛关注。目前的研究结果证明它和其他喷丸技术一样能在金属零部件的近表面形成压缩残余应力层，进而提高零部件的疲劳寿命；但针对其工艺过程中空化行为及其强化机理等基础理论的研究还相对比较薄弱，从很大程度上阻碍了该技术装置的进一步发展和完善。空化水喷丸工艺中的空化行为涉及高速、高压、相变、湍流等复杂多变情况，对该工艺中的空化行为及冲击压力场分布规律的研究一直是该领域的重点和难点。随着计算流体动力学（CFD）的发展，数值模拟技术以其高效、低成本等优势在越来越多的领域中得到广泛的推广和应用。因此本文在理论分析的基础上，利用FLUNET6.3流体计算软件，采用RNG κ–ε湍流模型对淹没式空化射流中锥型和缩放型喷嘴内外的流场特性进行了模拟分析，获得流场内的速度、静压和汽含率分布规律；讨论了不同喷嘴形状对空化现象的影响；模拟分析了空化射流与非空化射流不同特性；模拟分析了在出口压力恒定的条件下，不同的入口压力对空化行为的影响。以上研究结果表明：与锥型喷嘴相比，在缩放型喷嘴的喉部区域产生了约-20MPa的压降，促进了空化现象的发生。且在缩放型喷嘴的扩张段，喷嘴形状和压力的突变同样促进了空化现象的发生；与非空化射流相比，缩放型喷嘴的空化射流流场也存在速度核心区，并且空化水射流的速度核心区更长，射流范围更广；在出口压力恒定的条件下，不同的入口压力是影响空化现象强度的一个重要因素，随着入口压力的不断增加，空化现象的不断增强。为了验证数值模拟结果的正确性，使用Fujifilm压敏纸对空化水喷丸工艺中沿空化射流方向上的冲击压力场的分布规律进行了实验测定，实验结果表明：空化水喷丸工艺中的淹没式空化射流在缩放型喷嘴内外形成剧烈的空化现象，当入口压力为32MPa时，沿空化射流方向上由于空泡溃灭产生的冲击波压力值最高达到300MPa；通入适量的空气可以促进空化现象的发生，提高空化水喷丸的工艺能力，通气量的最佳值在0.4L/min左右，当通气量超过1.0L/min会对空化现象产生抑制作用。