空化流动是一种具有相变、湍流等非定常特性的多尺度空泡流动,伴随着复杂的水动力载荷变化,产生空蚀、噪声和振动等危害,是水力机械、水下高速航行体等面临的难点问题。为提高设备工作性能,目前在工程上轻质弹性材料被广泛应用,但是结构会在流体载荷下发生振动变形,在空化流中流固耦合现象更加突出,对流场和结构安全都会造成严重影响。因此,掌握非定常空化流的流固耦合特性及影响规律对解决空化的负面影响和提高设备工作性能具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本文主要开展的工作及成果为:首先,本文以水翼作为基础模型,针对空化流场建立了流固耦合数值计算模型。计算模型采用大涡模拟（Large eddy simulation,LES）方法求解湍流流动,流体域体积方法（Volume of Fluid,VOF）模拟气液交界面,Schnerr-Sauer空化模型模拟空化相变过程,有限元法（Finite Element Method,FEM）求解结构变形与位移,并在紧耦合的耦合策略下实现固液交界面的数据交互,完成流固耦合计算。通过将数值模拟结果与已有的实验结果进行对比分析,验证了计算模型的有效性。其次,为了研究水弹性对空化流场的影响,基于建立的流固耦合数值计算模型对NACA66刚性和弹性水翼的空化流动进行模拟。通过对比刚性和弹性水翼的空泡形态,发现水弹性虽然抑制了空化的发展,空泡演化周期减小,但空泡呈现破碎状态,压力脉动峰值更大,波动更加剧烈。此外对尾流场的湍流特性分析表明,弹性水翼在来流方向上产生了更大的湍流强度和积分尺度,速度脉动更加剧烈,大尺度涡旋占据更多区域。最后,利用动态模态分解速度场来捕捉流场模态特征,发现弹性水翼的能量主要集中在前两阶模态,流场相干结构尺度更大,而高频模态包含的能量较少,流场相干结构尺度偏小。最后,基于弹性水翼空化流固耦合研究基础,开展了复合材料改善水翼空化现象和水动力性能的评估研究。通过对比青铜合金和复合材料水翼两种工况下的流固声耦合数值计算结果,发现复合材料可以抑制水翼吸力面附着的片状空化和叶顶间隙泄露涡（Tip Leakage Vortex,TLV）空化,并导致水翼升力和阻力系数下降,但流场压力脉动变弱和水翼升阻比提高。此外,复合材料对尾流场湍流具有明显改善效果,减小了湍流强度和积分尺度,大尺度涡旋大幅减弱,有效降低空化导致的自噪声和远场辐射噪声的声压级。