液力变矩器是依靠流体传动实现能量传递与转换的叶轮机械,作为传动系统中的关键核心部件其在工程机械与汽车领域应用广泛。液力变矩器工作性能是由其内部流动特性所决定的,其内部流场是具有多种流动状态和多种物理效应并存的非定常多尺度旋涡流场,多尺度下旋涡流动的产生、发展以及彼此之间的相互作用支配着液力变矩器内部整体流动,并将导致出现复杂的湍流现象。尤其是在极端工况下,针对三维旋涡流动特性时空演化、壁湍流拟序结构生成与形态演变、涡空化流体相变导致流场结构失稳等方面仍然存在很多亟待解决的关键科学问题与工程技术难点。深入开展液力变矩器多尺度旋涡流场高精度数值模拟方法及空化特性解析研究,对于揭示湍流时空演化规律与流动控制机理具有重要的科学意义,对于优化设计叶栅结构及性能改进具有重要的工程应用价值。依托国家自然科学基金面上项目“汽车变矩器湍流时空演化规律与仿生控制机理及叶栅参数耦合设计方法研究”,基于工程湍流高精度数值模拟、高分辨率流场可视化与外特性试验交互式研究手段,分析了液力变矩器非定常多尺度旋涡流场时空演化规律与流动能量传递、转换及损耗机理,揭示了空化流动特性对于液力变矩器性能的综合影响规律。主要内容如下:（1）多尺度旋涡流场高精度数值模拟方法建立了液力变矩器三维模型,基于合理简化抽取全流道模型作为流体计算域,通过ICEM软件完成高质量全流道网格划分,为后续高精度流场数值模拟及后处理作铺垫。基于大涡模拟技术采用不同的亚格子湍流模型瞬态模拟液力变矩器内部流场,利用Q准则涡识别方法提取全流道三维涡结构,基于涡动力学理论研究分析了三维涡结构时空分布特征及其演化规律,揭示了流动能量传递与损耗机理。通过三维旋涡流场结构特征、二维截面流动参数（速度场、涡量场、压力场等）的定性分析与定量对比研究,阐明了采用5种亚格子湍流模型进行流场数值模拟结果的差异性,探究了不同亚格子湍流模型的适用性与可靠性。（2）流场可视化试验技术与方法设计并制造了透明型液力变矩器模型样机,自行搭建流场可视化试验测量系统。基于粒子图像测速技术,通过高性能CCD相机采集液力变矩器流场图像,根据试验样机的结构特点与可视化试验的特殊要求,提出了一种高效可靠的动态图像标定方法,实现图像采集与动态参数标定的并行同步,有效地提高流场图像动态标定精度并极大地提升图像标定参数获取的效率。研究了图像预处理算法提高原始采集图像质量,通过对连续多帧流场图像进行归一化互相关计算,提取了具有丰富流场信息的流动图谱,针对所提取的速度场、涡量场,与数值模拟结果进行深入对比分析,揭示流场结构演化规律。流场可视化试验可为仿真结果的准确性与可靠性验证提供重要的判断依据。（3）空化流场特征辨识与特性分析基于计算流体动力学理论,分析了不同空化模型的构建方法,研究了液力变矩器空化流场高精度数值模拟方法,实现了空化流动结构特征的有效识别与提取,发现制动工况下空化仿真效果明显,导轮叶片头部空化现象最为显著,泵轮叶片入口、涡轮叶片入口有少许空化现象产生。通过分析空化形态特征分布规律及其对流场结构时空演化特性的影响规律,建立了空化结构、局部流场结构双向耦合作用下对整体流动特性的影响机制。从考虑空化和不考虑空化两个角度出发,分别对液力变矩器流场进行稳态和瞬态仿真,提取各叶轮转矩,计算变矩比（K）、效率（η）、泵轮转矩系数（λP）等参数,将绘制的外特性曲线与试验对比,详细分析了空化流场结构演变对于外特性参数的影响规律,验证考虑空化下数值模拟结果的准确性,对于高转速制动工况下不考虑空化数值模拟对于能容特性仿真严重失真,并对此基于空化流场结构特征详细分析原因,揭示了空化引起性能降低的机理。