空化是特定发生在流体中的一种物理现象,由空化引发的空蚀会降低水力机械的工作效率并缩短其使用寿命。疏水性表面由于自身拒水特性具有出色的抗腐蚀能力,因此在解决空化空蚀问题方面具备潜在的应用价值。本文采用实验与仿真相结合的研究方法对疏水近壁面空泡脉动特性进行研究,实验通过激光空化技术在疏水表面诱导产生可控的单空泡,研究空泡在水平和竖直疏水涂层壁面附近的脉动特性及其影响因素;建立疏水表面激光空泡脉动的仿真模型,研究疏水近壁面空泡脉动特性、计算域压力场及射流速度分布等。主要的研究内容与结果如下:(1)理论分析了激光诱导空泡的产生机理,并基于空泡动力学探究了液体介质参数对空泡脉动特性的影响,研究了近壁面空泡的脉动规律及其产生的微射流和冲击波效应,为疏水近壁面激光诱导空泡脉动特性及其作用机制的实验和模拟研究提供理论基础。(2)搭建激光诱导空泡实验平台,采用高速摄影技术获得了水平和竖直壁面附近的空泡脉动序列图,以此分析不同壁面位置下空泡的脉动特点及壁面有无疏水涂层对空泡脉动规律的影响。结果表明,无论水平壁面还是竖直壁面,疏水涂层壁面附近空泡的最大直径与无疏水涂层的普通壁面附近的空泡相比都有所减小,且脉动周期缩短;当疏水涂层壁面水平放置时影响更为显著。(3)通过实验分析了激光能量、离焦量、疏水涂层类型及其厚度等因素对空泡形态、最大尺寸及脉动周期等特性的影响。实验结果表明,壁面在水平和竖直放置时,疏水涂层接触角越大,空泡的最大尺寸及脉动周期越小;水平疏水涂层壁面上,空泡最大直径随激光能量的增大而增大,且变化过程包含三个阶段,涂层厚度对空泡脉动特性的影响较小;竖直疏水涂层壁面附近,离焦量越小,疏水性对空泡形态和脉动特性的影响越明显,其最大尺寸和脉动周期均随壁面接触角的增大而减小,且能观测到疏水涂层壁面对空泡的响应。(4)利用ANSYS Fluent软件模拟研究了疏水近壁面激光空泡的脉动行为,分析了计算域压力场和射流速度的分布情况。模拟结果表明,疏水壁面固液交界面处产生的空气层导致其附近产生的空泡较小,且空泡最大尺寸和脉动周期均随空气层厚度增加而减小;空气层的存在会导致流场中压力的分流,射流触及壁面时的速度随空气层厚度的增加而减小,其作用在壁面上的压强也随之减小;空泡与壁面的相对距离越大,空气层对空泡行为的影响越小,射流对壁面的冲击作用相应有所增强。