空蚀广泛存在于水力机械的过流部件表面,严重危害水力机械的稳定性和安全性以及使用寿命。过流部件表面形貌是影响空蚀的一个关键因素,其不仅会影响微空泡溃灭过程,而且会改变过流部件附近流场空化特性。本文基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,通过构造介观尺度矩形织构表面,对近固壁空泡溃灭过程和流场空化进行数值模拟,探究空泡溃灭形态演变过程和溃灭动力学特性,获得空化流场的压力、气体体积分数(Vapor Volume Fraction,VVF)和速度等物理量和空化流场发展细节,从而揭示介观尺度矩形织构对空泡溃灭和空化流特性的影响。采用VOF多相流模型,考虑了空泡表面张力、液体粘性和气体可压缩性,对平固壁和矩形织构固壁附近微米尺度单空泡在静止流场溃灭过程进行了数值研究。在平固壁条件下,随着壁面无量纲距离参数γ的减小,泡心向固壁移动的趋势明显,射流形成前空泡上部高压减小,空泡溃灭时间延长,最大射流速度减小。在γ=1.0条件下,平固壁空蚀机制为微射流机制。当1.5>y>1时,微射流和冲击波两种机制对平固壁的空蚀破坏都起重要作用。在γ>1.5条件下,射流作用较小,固壁破坏机制为冲击波机制。当γ>3时,壁面可避免空蚀。在矩形织构固壁条件下,当空泡位于沟槽内部时,空泡发生凹陷前顶部未出现高压区,空泡壁运动速度较慢,射流速度较小。矩形沟槽越深,沟槽宽度越小,距离参数γ2越小,空泡溃灭时所受阻滞作用越强,空泡溃灭所需时间越长。当空泡位于沟槽外部时,在其距离参数γ1与近平固壁空泡的距离参数γ相同的条件下,其空泡溃灭特性相近。距离参数γ1是影响沟槽外空泡溃灭特性的主要因素,距离参数γ2和γ3为次要因素。采用水和水蒸汽两相流Mixture模型结合Singhal完全空化模型,对围绕矩形织构壁面的流场空化特性进行了数值研究。探讨了矩形织构单元的几何参数、来流速度和不可凝结气体质量分数等对流场空化的影响。计算结果表明,沟槽织构对流场主流扰动微小,对流场的压力和速度分布影响微弱,但矩形肋条织构对流场空化特性产生显著影响。在肋条单元的几何参数中,肋条高度d是影响流场空化的关键几何参数。在来流速度一定条件下,随着肋条高度增大,肋条织构壁面最低压力系数减小,近壁面形成的低压区和空化区域扩大。肋条高度越大,初生空化数越高,则流场更易产生空化。不可凝结气体质量分数fg的增加,也会导致流场初生空化数增大。