超声空化技术已被广泛应用于工业生产领域,从而形成了一门新的交叉学科“声化学”。在研究液体中超声空化泡的运动时,人们往往忽略泡内蒸汽压的影响或认定为常数。但相关研究表明,泡内液体蒸汽对空化效应有一定影响。因此,从理论上深入探索液体蒸汽对空化泡的运动及空化效应的影响显得尤为必要。本文基于Rayleigh空化理论,在Rayleigh模型中考虑泡壁附近水蒸汽的相变过程,建立了含相边界层的空化泡动力学模型。同时,引入了动力时间尺度和相变时间尺度两个概念,通过比较两种时间尺度的相对大小总结得到了蒸汽压恒定和蒸汽含量恒定两种蒸汽压模型。根据模型假设,在考虑泡内水蒸汽相变条件下运用微分近似的方法对泡壁处水蒸汽的质量通量进行简化,并利用Sochard修正方程分别推导出了蒸汽压恒定模型和蒸汽含量恒定模型空化泡动力学方程。采用四阶Runge-Kutta算法在MATLAB平台上分别模拟了共振模式和非共振模式下空化泡的运动特性。分析发现,蒸汽含量恒定模型空化泡与不含蒸汽空化泡的运动特性基本一致。蒸汽压恒定模型空化泡的运动较蒸汽含量恒定模型空化泡运动剧烈、泡的溃灭幅度大、溃灭延时大。泡内水蒸汽含量对空化泡峰值半径、溃灭半径和溃灭强度均有影响。随泡内水蒸汽摩尔分数的增加,泡的峰值半径、溃灭半径和溃灭强度发生非线性变化,且蒸汽含量较低时,这些参数对水蒸汽摩尔分数的变化更敏感。为进一步探索水蒸汽对空化泡热力学效应的影响,本文建立了含热边界层的空化泡热传输模型。利用傅立叶定律分别推导出了空化泡内的径向温度分布、泡中心的温度和压力分布。分析发现,空化泡在溃灭瞬间将在极小的空间产生瞬间的高温、高压效应,且泡内水蒸汽的引入将峰值压力大大提高,同时使峰值温度降低了近一个数量级。泡内外极大的温度差异使得泡壁附近的水中形成了热边界层,泡中心的热量以极大的梯度非均匀地向外传递,并最终通过相对较厚的热边界层将热量扩散至周围的环境液体中。随着泡内水蒸汽摩尔分数的增加,泡内峰值压力和温度均大幅降低,且根据本文计算的数据可以推断空化泡溃灭瞬间泡内水蒸汽的实际摩尔分数应在10%-15%之间。