空化是自然界的一种普遍现象,尤其在水力机械中,发生空化将给设备带来诸如噪声、振动和空蚀等严重问题,严重影响机器的性能。空化的研究大量集中在单空泡的坍缩溃灭过程,理解单空泡的运动过程对空蚀研究具有重要意义。实际情况下,空泡内容物为气/汽体,根据空泡内容物的凝结属性,将空泡内容物分为非凝结气体和凝结气体（蒸汽）两种;非凝结气体的空泡动力学属性通过空泡动力学方程进行理论求解,凝结气体的空泡演化溃灭过程通过数值模拟方法进行求解。本文将数值模拟结果与实验值和理论值对比,验证了数值模拟结果的准确性。获得了空泡的演化过程,分析了空泡运动速度、力、冲击载荷和壁面剪切速率随时间和无量纲壁面距离（γ）之间的变化关系。具体研究结论如下:1.对于非凝结气体的空泡动力学问题,本文数值求解了有无外力驱动条件下空泡的振荡特性。研究表明,无外力驱动下空泡做振幅逐渐衰减的振荡,空泡最大坍缩速度为40m/s,而有外力驱动下空泡的振荡却截然不同,当驱动压力为1.35倍的大气压力时,空泡经历快速坍缩过程,其坍缩速度超过当地声速,空泡内容物产生数万的大气压力和温度,但持续时间短。2.基于近壁区空泡平动运动方程对空泡平动过程的研究表明,空泡在坍缩末期时空泡中心向壁面快速移动,空泡所受阻力最大;初始空泡离壁面越近空泡平动速度越大阻力也越大。同时,提出了表征空泡径向振动行为的辐射声压系数,发现壁面距离对辐射声压系数的影响较小,但对辐射声压的影响更为显著,并且初始空泡离壁面越近壁面处的辐射声压越高。3.对空泡内容物为凝结气体的情况进行了数值模拟,研究了非球形空泡溃灭过程和溃灭期间的动力学行为,以及空泡溃灭过程对壁面的影响。结果表明,空泡振荡所辐射的压力波与空泡坍缩速度有关,坍缩速度越快,流场扰动越强,辐射压力越大。4.对壁面破坏的影响因素进行了计算分析。结果表明:壁面的冲击载荷是溃灭压力和壁面距离相互作用的结果,计算得到γ=3时,壁面冲击载荷最大为80个大气压力,当γ=1时,壁面剪切速率最大为8×10~4s-1,剪切速率随γ增加而逐渐减小。当空泡贴附在壁面的情况下,剪切速率随γ减小而急剧增大。本文研究了自由场和近壁区空泡的动力特性,可为预防空化破坏提供科学的理论支持。