壅塞空化是将水的空化现象和气液两相流的壅塞现象相结合而发展起来的一门新技术,在污水处理、工业清洗等领域具有潜在的广阔用途。介绍了空化理论和分形理论的基础知识,搭建了壅塞空化噪声信号测试平台,通过水听器完成了不同流量、不同背压条件下壅塞空化噪声信号的采集。通过Welch法、分形盒维数法和多重分形谱法对壅塞空化噪声信号进行了功率谱密度估计、单重分形特性和多重分形特性研究。功率谱密度估计分析结果表明:壅塞空化噪声信号能量幅值主要集中在高频段,且存在一个最佳背压范围。单重分形特性研究结果表明:壅塞空化噪声时域信号的分形盒维数D≤1.71时,空化强度高;1.71<D<1.74时,空化强度较高;D≥1.74时,空化强度低。空化强度高时的最佳背压范围为120-190k Pa。多重分形特性研究结果表明:壅塞空化噪声时域信号的多重分形谱宽Δα≤0.1时,空化强度高;0.1<Δα<0.15时,空化强度较高;Δα≥0.15时,空化强度低。壅塞空化噪声频域信号的多重分形谱宽Δα≤0.2时,空化强度高;0.2<Δα<0.4时,空化强度较高;Δα≥0.4时,空化强度低。空化强度高时的最佳背压范围分别为130-170k Pa和110-170k Pa。将分形理论应用于壅塞空化噪声信号的单重分形和多重分形特性研究中,提取了分形盒维数、多重分形谱谱宽作为评价壅塞空化状态的特征指标。空化强度高时,壅塞空化噪声信号中空化信号占主导地位,表现出规律性强、相关性好和波动平稳等特征,所以分形盒维数和多重分形谱谱宽的数值小。相反,空化强度低时,壅塞空化噪声信号中非空化信号占了主导地位,表现出规律性弱、相关性差和波动剧烈等特征,所以分形盒维数和多重分形谱谱宽的数值大。分形盒维数、多重分形谱谱宽可以定量地给出空化状态信息,为判别空化状态提出了一种新的有效方法。