空化现象经常发生在水泵、水轮机、螺旋桨等水力机械叶片的表面，往往会引起叶片的振动和噪声，并影响水力机械的效率。目前，将基于水力机械叶片特征的翼型作为研究对象而开展空化现象的研究，是水力机械以及空化研究领域的热点之一。为了深入探究绕水翼空化流动的非定常特性，作者基于两种三维扭曲水翼开展了非定常空化流动机理的实验与数值研究。主要研究内容及结论如下:　　设计加工具有不同剖面的两种三维扭曲水翼NACA0009和Clark-y，开展了绕这两种水翼的空化流动特性的实验研究。采用高速全流场显示技术研究了绕不同三维扭曲水翼在片状及云状空化阶段的空穴形态特征及其随时间的演变规律。研究结果表明:绕不同水翼的片状空化均表现为稳定性较好地附着型空穴，其尾部拓扑呈凸型结构。云状空化形态随着时间的推移呈现出周期性的演变过程，包括附着空穴的发展、侧向射流及回射流的推进、以及空泡团的脱落溃灭。相比于NACA0009水翼，绕Clark-y水翼空穴的附着位置更靠近下游。采用PIV（Particle Image Velocimetry）流场测量技术获得了两种扭曲水翼中间截面处的瞬时空化粒子图像以及空化流场结构图，分析了空穴形态与旋涡结构及速度分布的对应关系。研究结果表明:空化区域为低速区，脱落空泡团对应于大尺度的旋涡结构。相比于NACA0009水翼前缘附着性较好的空穴，绕Clark-y水翼前缘的空化形态呈游离状，从而导致Clark-y水翼的低速区域更靠近下游位置。　　基于实验结果，评价了LES和PANS两种湍流模型在绕三维扭曲水翼空化流动数值计算中的应用情况，发现相比于PANS（fk=0.2）模型，LES模型能更好地展现绕三维扭曲水翼的非定常空化流动形态随时间的演变细节，可以捕捉到尺度更加丰富的旋涡结构，最终确定了一套基于均相流模型并耦合Zwart空化模型和LES湍流模型的数值计算方法。　　综合实验和数值计算方法深入研究了绕不同三维扭曲水翼的空化流动的非定常特性。探究了空化形态演变过程中的三维效应，揭示了U型空泡团形成以及空穴形态拓扑结构的变化与反向射流辐射状推进方式的关系，分析了绕三维扭曲水翼的非定常空化形态演变特点对流场旋涡结构及水翼升力特性的重要影响，获得了附着空穴层与反向射流的相对厚度对非定常空泡脱落特性的影响规律，并发现空穴的附着位置受翼型几何曲率的影响较大。