空化是一种复杂的多相流动,人们认识空化最早是从其危害开始的。根据其形态及物理特性可分为泡状空化、片空化、云空化、涡空化(包括梢涡和毂涡空化等)；其中片空化相对较为稳定,而其他的空化类型则都具有较强的非定常特性,伴随着空泡的发展和溃灭过程。由于非定常特性较强的云空化危害性较为突出,因此对于其机理的研究一直是水动力学领域的热点问题。本论文以水翼为计算对象,对云空化机理及通过障碍物进行控制云空化的机理进行了数值模拟,并对近年来受到重视的高温高压状态空化流动进行了研究探索和分析,给出了水翼空化流动的一些特性。空化流动具有相间密度比大,且空化流区域密度可变的特点；因此在求解算法上不同于单相流动。本文在前人研究的基础上,提出了一种改进的基于压力的空化流算法。通过不包含密度随体导数的连续性方程,建立了包含相变源项的压力修正方程,避免了密度与压力的直接耦合,相变的物质守恒关系由空化模型确定。通过与试验结果的对比,验证了算法的有效性。对于常温常压状态的云空化流动,本文对不同空化数和攻角下二维、三维水翼的空化流进行了模拟。计算结果表明,对于二维水翼云空化流动,回射流是使片空化失稳、云结构脱落的主因；虽然在不同的空化数下空泡具有不同的几何特征,但是其脱落过程都经历了空泡产生、发展、脱落、溃灭的典型状态。三维水翼的空化流动虽然基本过程与二维水翼空化流动类似,但是也表现出与二维流动不同的一些特性。三维水翼空化流动最典型的特征是云脱落结构出现U型结构,试验当中观察到了这种现象,数值模拟结果对此也能捕捉到。三维云空化的脱落也是由于回射流的产生和发展,但是有别于二维,由于壁面附近压力梯度的存在,侧向射流的产生加速了云结构的脱落,因此三维云空化是由于正向回射流和侧向回射流的共同作用而产生的。相对于二维空泡,在相同的计算参数下,三维空泡长度减小,但是空泡脱落频率增大。二维和三维水翼空化流动的计算表明,翼型攻角和空化数对空化形态都会产生显著影响攻角不变时,随空化数降低,空泡长度和厚度均变大,云空泡脱落频率逐步降低；空化数不变时,随攻角变大,空泡长度和厚度增大,而空泡脱落频率降低。无量纲空化长度与参数σ/2α近似成线性关系；二维空化流动中,表征云空化非定常特性的无量纲参数斯特劳哈数St(Strouhal Number)基本保持不变；三维空化流动状态,斯特劳哈数St在不同参数下有所差别,其变化范围为0.27～0.36。同时,三维空化流动中,在相同空化数下,随着攻角变大,U型脱落结构展向长度变小而厚度变大。通过数值模拟方法对翼型表面加障碍物方法控制云空化的机理进行了研究,主要分析了障碍物高度及位置、障碍物形状对云空化的抑制作用。计算结果表明,在二维情况下,翼型表面适当位置及高度的障碍物可以起到抑制云空化的作用,障碍物抑制机理主要是由于障碍物阻碍了回射流的发展,当然其对于翼型吸力面压力的改变也起到了一定的作用；无空化流场的结果表明,加障碍物以后对于翼型周围的压力分布产生影响,而压力分布直接影响到空泡的发展过程。在常温常压空化流动研究的基础上,通过考虑空化流动的热力学效应,对高温高压状态的空化流动进行了研究。数值结果表明,高温高压状态空化流动几何特征上表现为在相同空化数下空泡长度和厚度都变小,主要有两方面原因：一是由于汽相密度变大,在相同的相变质量下,空泡体积会更小；另一是由于汽化过程吸热导致的饱和蒸汽压变化较大,从而对空化发生起到了一定的抑制作用。