空化是流体系统中常出现的现象,当流体内部压强或应力降低到某一临界值后,流体会发生剧烈的气化,游离出大量的气泡,人们将这种现象与沸腾相区别,称之为空化现象。空化发生后,会阻塞流道降低系统效率,造成振动和噪声,甚至使系统发生机械性或者化学性损害,这是液压系统、透平机械、水工结构中应尽力避免的有害现象。随着科技的发展,人类活动范围的不断扩大,涉及空化现象的领域也越来越多,例如：生物医学、核能、航空航天等。空化已成为人类实践活动中必须面对和深刻理解的一个基础性科学问题。空泡临近壁面溃灭时,会在溃灭点位置产生高温、高压以及高速射流。人们利用空泡溃灭时产生的高温、高压加速化学反应的进行,或利用高速射流实现微小粒子的驱动。近壁空泡的力学行为是空泡动力学的重要组成部分,过去多以固体壁面的研究为主。近年来随着空化在生物医学领域应用的进一步深入,近弹性壁面以及管道内的空泡研究也逐步开展起来。本文通过理论分析、数值仿真以及实验观测相结合,对空泡近壁面行为及相关应用进行了系统的研究。利用高速观察的手段,分析了壁面距离、空泡尺寸以及弹性壁面对空泡力学行为的影响,揭示了射流变向的外部临界条件以及壁面与空泡的耦合关系。定量分析了近壁面双空泡的射流行为,揭示空泡间以及空泡与壁面之间的相互作用规律。开展了管道内空泡动力学行为的应用研究,建立了管道内的空泡射流的能量传递模型,并在管道粒子移除实验中进行了验证。论文的主要内容如下：第一章绪论,介绍了单空泡以及多空泡动力学的研究现状,以及空泡在生物医学领域内的最新应用,对高速观测技术在流体领域的应用做了相应的阐述。第二章空泡动力学及数值计算基础,对球形空泡动力学进行了阐述,对用全边界元法对空泡近弹性壁面进行了数值仿真进行了介绍,这可能是模拟瞬态空泡动力学的最有效的仿真方法。建立了基于雷利公式的单空泡动力学模型,对球形空泡的自由溃灭进行了数值模拟,研究了粘性对空泡溃灭的影响；建立受限空间下的单空泡模型,研究受限空间尺寸对空泡溃灭的影响。第三章空泡实验系统,构建了空泡实验系统；采用空泡产生装置对单空泡的自由溃灭进行了实验研究,并与数值仿真进行了对比；开展了双空泡在自由域条件下的验证性实验,与前人的实验结果进行了对比。第四章近壁空泡行为,研究了空泡与生物弹性壁面的相互作用行为,分析了壁面距离对空泡力学行为的影响,给出了空泡距离与弹性壁面的变形量之间的定量关系.研究了空泡与壁面距离丫及空泡间距离γb对空泡射流的影响,给出了射流变向的临界条件.研究了管道弹性对空泡行为的影响,观察空泡溃灭时管道内的伴随空化现象.建立空泡在刚性管内的溃灭的数学模型进行仿真研究,并与实验结果进行了对比。研究了管径对空泡溃灭的影响,给出了管道壁面的变形量与管径的定量的关系。第五章空泡射流及其应用,利用空泡溃灭的微泵效应,实现了管道内的液体输送,利用高速摄像手段,揭示空泡射流作用下液滴形成的动态过程,分析了平板距离对液滴输送速度的影响；利用空泡射流效应,开展了管道端部以及管道内的粒子移除实验,定量分析了空泡与粒子距离对粒子速度的影响,建立了管道内的空泡射流的能量传递模型,揭示了粘度与粒子速度的数学关系,将仿真与实验结果进行了对比.第六章结论与展望,概括了论文的主要研究工作,对论文的创新性进行了总结.