绕回转体通气空泡流动是一种复杂的气液多相湍流流动，包含了空泡的发展、断裂、脱落等多种非定常过程，涉及了可压缩、旋涡运动、大尺度流动分离和多相湍流等复杂流动现象，并关系到水下兵器、航空航天等和国家安全相关的重要领域关键技术问题的解决。本文应用实验和数值计算的方法研究了绕回转体的通气空泡多相流动特性。主要研究内容及结论如下：发展了通气空泡多相流动的实验技术和数值计算方法。（1）发展了通气空泡多相流动的实验技术。设计并建造了带自由液面通气空泡流动实验装置，基于该装置和水洞实验装置，分别实现了高速全流场显示系统对通气空泡形态的可视化观察、PIV测速系统对通气空泡尾流区流场分布的测量、通气空泡泡内观测系统对空泡内部流动规律的观测。（2）建立了通气空泡多相湍流计算模型。应用LevelSet多相流模型和FBM湍流模型，实现了对绕回转体通气空泡非定常流动过程的准确预测。（3）建立了带自由液面的通气空泡多相流动数值计算方法。实现了动态层动网格技术与Level Set多相流模型和FBM湍流模型的耦合计算。提出了绕锥头回转体通气空泡气液两相流的流型图。基于水洞和带自由液面通气空泡实验装置,获得了通气空泡流动随欧拉数和通气率的流型变化，基于流动形态的变化，将通气空泡多相流流型分为透明空泡、水气混合和半透明水气混合三种典型流型。当流动处于透明空泡流型时，空泡区域没有剧烈的水气两相混合现象，空泡区域呈现为水气界面清晰的透明气相区，其中，在水洞中，当弗劳德数比较小时，由于重力的作用，空泡有显著的上漂。当流动处于水气混合流型时，整个空泡区域为水相和气相剧烈混合的云雾空泡。而当流动处于半透明水气混合流型时，空泡前端为水气界面清晰的附着透明气相区，空泡中后部为水气两相剧烈混合的云雾状区域。获得了通气空泡不同区域的流动结构。当流动处于水气混合或者半透明水气混合流时，在空泡的前部，通入空泡区域的气体沿着水气两相交界面向空泡尾部流动，到达空泡尾部后，部分气体直接脱离空泡区域向下游发展，部分气体在反向射流作用下回到空泡区域内部。在空泡尾迹区，与水气混合流型相比，流动处于半透明水气混合流型时，低速高脉动区域较大，涡量聚集区由最初的涡量带分布转变为多个涡量团的分散分布，并逐渐向下游耗散。揭示了流动处于不同流型时空泡尾部的非定常流动特性与机理。通气空泡尾流区反向射流的发展对通气空泡的非定常流动特性起着重要作用。通气空泡尾部的闭合滞止高压区与附着空泡内部的相对低压区形成了较大的逆压梯度，在逆压梯度的作用下，附着空泡尾流区产生流动分离，水相含量较高的反向射流不断推进引起了空泡区域旋涡结构的发展变化，进而使空泡尾流区出现云雾状空泡的断裂脱落现象；当流动处于水气混合流型时，由于通入流场的气体较少，附着空泡长度较短，水相含量较高的反向射流可以发展到附着空泡的中前部区域，加剧了整个附着空泡区域水气两相的混合程度，促使了水气混合流型的形成；当流动处于半透明水气混合流型时，由于通入流场中的气体较多，附着空泡长度较长，水相含量较高的反向射流很难发展到附着空泡区域的前端，在附着空泡的前端为气相含量较高的透明空泡区，空泡的中后部为水气两相混合剧烈的云雾状空泡。获得了自由液面与通气空泡相互作用的特性。在回转体穿越自由液面过程中，自由液面被不断顶起，逐渐形成“抛物线型”的水气两相交界面；自由液面与通气空泡界面之间的水层被不断被拉长变薄，随着水层不断向回转体壁面靠近，空泡的前端区域被不断挤压，而空泡的中后部区域被逐渐拉长；自由液面与空泡界面之间形成“锥台形状”的破水口，这是自由液面与空泡界面相互作用的转折点，随着回转体继续向上运动，当空泡经过“锥台形状”破水口时，在自由液面和空泡界面之间水层的挤压作用下逐渐溃灭。