高速水下航行体由于其较大的运动速度极易在表面形成空化现象,对于航行体本身结构强度及可控性都有着严重影响。主动充气技术作为目前最有效的解决方案已受到高度重视。其原理主要是在航行体内部设置气源或直接通入略高于外界压力的气体,通过形成均一稳定的气泡抵消自然空化带来的影响。本文基于势流理论,采用边界元气泡动力学模型对水下近壁面排气气泡发展过程进行数值模拟。首先,根据热力学方程、质量守恒定律,推导气泡内压力变化与通气率之间的关系,确定通气空泡的状态方程。应用基础理论建立气泡运动的控制方程,然后采用数值方法分别得到轴对称、三维数值模型。在探究气泡形态变化之前,需要对数值模拟方法进行验证。参考具有实际工程意义的缩比模型进行,根据其实际尺寸设置数值模型的参数,模拟垂直运动状态下的排气气泡形成过程。通过高速摄像机获取气泡形态变化图并从中提取所需数据。将数值与实验得到的气泡维度变化数据进行比较,相互佐证,验证模型的有效性。其次,分别建立垂直来流近壁面周向排气缝及单孔排气气泡的数值模型,通过改变通气率、来流速度、排气孔半径等物理量,探究其对气泡形态变化的影响。最终,建立垂直来流双孔周向、纵向排气气泡融合数值模型。先改变通气率、初始孔口间距、不同来流速度等因素探究空泡融合趋势,然后通过改变弗洛德数及通气率探究其对气泡融合时间及融合模式的影响。