随着光电科技等核心产业的不断发展,功能材料作为这些产业的基础材料,对其表面质量要求也越来越高,然而传统的表面加工方式易造成亚表面的损伤以及表面缺陷,很难获得更高的表面质量。因而,国内外专家学者纷纷寻求新型的加工原理与方法。本文基于空化效应展开了对功能材料加工的探索性研究,以期能够开发出一种高效高质、绿色环保的加工方式,达到更高的表面质量要求,具体完成的工作如下:(1)理论研究:根据空化腔室结构特点及其空化流场的流动特性,提出将类自振型和类文丘里管型的空化腔室进行串联,并完成串联式空化腔室的建模工作;分析研究空泡动力学方程、射流结构、数值模型等,为数值研究与分析提供理论基础。(2)数值研究:采用Mixture多相流模型,k-ε湍流模型,Singhl空化模型,优化多种串联式空化腔室的流体域模型,分析空泡体积分数云图,压力分布云图以及速度分布云图等。结果得出相对较好的串联式空化腔室几何结构参数,即β值取20°,d′值取2.0mm,n值取10.5mm,α值取60°,m取值5.0mm,d值取8.0mm。(3)实验平台设计:结合对空化流场的理论研究以及串联式空化腔室的数值研究,自主设计并搭建了一整套可视化、全循环流动的实验加工平台,包括多种喷嘴的结构设计,管道的稳定性与安全性设计等。(4)实验探究:首先探究喷射距离对加工效果的影响,同时对多种空化腔室的数值研究进行对比性的验证,得出了相对较好的串联式空化腔室,以及其对应功能材料加工的最佳喷距为8mm附近;然后探究加工基液对加工效果的影响,采用相对较好的串联式空化腔室在其最佳喷距下,对功能材料进行探索性的加工实验,得出了加工后的表面形貌变化特征;加工基液中加入磨料,得出了磨料在一定程度上促进了基于空化效应的功能材料的材料去除,整体去除率提升59%,对局部区域性加工取得了较好的效果。基于空化效应的功能材料的加工探究,尚属于新的研究领域范畴,设计并优化了串联式空化腔室的结构,为后续空化腔室模型设计提供理论依据;探究水作为单一的加工基液,寻求高效高质、绿色环保的表面处理新方法,对空化腔室的结构设计要求比较高。通过理论分析,数值研究,以及实验探究,验证了基于空化效应对功能材料进行表面加工处理的可行性,适用于各种难加工的功能材料表面去除,其应用具有广阔的发展前景。