射流泵构造简单、工作可靠、运营和维护方便因而得到广泛运用,但是由于空化在射流泵中经常出现,且涉及多相湍流、剪切层及倒流等复杂现象,导致射流泵内的空化流动十分复杂,目前对射流泵内部空化流动机理了解不够深入。基于此,本文采用大涡模拟手段对射流泵内不同阶段的空化流动结构和流动机理进行精细化模拟研究,重点对不稳定极限工况和倒流工况等极端工况进行详细分析。本文主要工作和研究成果如下:(1)介绍了与计算流体力学相关的LES控制方程和空化模型,对典型的射流泵几何模型进行结构化网格划分,并生成三套网格用于网格无关性研究,对射流泵的基本性能和时均壁面压力分布等外特性参数与试验进行对比分析,结果表明大涡模拟能够较准确地模拟射流泵的性能。(2)运用大涡模拟对射流泵内顺流阶段的空化初生阶段、空化发展阶段、不稳定的极限空化阶段以及稳定的极限空化阶段的流动演变和流动特性进行了模拟和分析,结果表明:大涡模拟获得的空化演变结果与试验的吻合程度很好,特别是非常准确地捕捉到了不稳定极限工况时喉管内空化云周期性的收缩和再生长的振荡过程。射流剪切层内的局部低压导致了空化的初生,空化发展阶段喉管前半段出现了环状空化云结构,但极不稳定且不具有明显周期性,不稳定极限空化阶段空化云长度呈现周期性收缩和增长。相邻两个环状涡空化之间有时会发展出肋状涡空化,发展到扩散管的空化云由于回射流的作用会被截断并出现脱落,最终在下游高压的作用下空化云溃灭消失。随着出口压力降低,空化云脉动主频呈现先增大后减小的趋势,但总体脉动主频都属于低频。(3)对射流泵倒流空化起始阶段和输运阶段进行模拟和分析,结果表明:倒流空化起始阶段多为小空泡,且主要分布在喉管入口前后;倒流空化输运阶段,射流泵内的空化云会完全脱离喉管入口断面并往上游发展,随后空化云发生破碎,部分破碎的空化云会被输运到喷嘴出口所在平面处才溃灭消失。倒流空化起始阶段的势流核心区会延伸到喉管内,而输运阶段的势流核心区已经被倒流抵消,倒流的影响区域明显向上游扩展。随着流量比的减小,喉管中的高压区逐渐前移,喉管入口附近的压力逐渐增高,压力梯度也在变大,空化初生位置往喷嘴出口靠近。倒流空化起始阶段空化的产生是两股流体流速差的提高与长时间低压的共同促进。随着流量比减小,进入倒流空化输运阶段,此时空化发生的主要原因是倒流剪切层的高速度梯度。(4)基于涡量输运方程,对射流泵顺流阶段和倒流阶段的空化与涡的相互作用进行分析,结果表明:顺流阶段时射流泵内涡的演化主要有涡环的形成,涡环的配对与合并,流向涡的产生及复杂展向涡结构的出现,最终形成大量小涡结构的完全发展的湍流流场。倒流工况时,射流泵内的涡结构集中在喷嘴出口到喉管入口区域,随着流量比减小,倒流加剧,喉管内的涡结构逐渐减少以致几乎消失,但吸入室内的涡结构变得越来越复杂,其前缘也往上游发展。运用涡量输运方程分析显示,空化对射流泵中涡量分布和输运影响很大。在整个射流泵内空化的发展过程中,涡拉伸项在涡量输运中占主导地位,膨胀项与斜压矩项也对空化流动中涡的演化起到重要作用。