涡流二极管由于其无运动部件、无动密封及免维护的特征,在核工业等高危液体输送系统中有着巨大的应用前景。其基本原理类似于电路中的“二极管”,流体由中心管流入,切向管流出(正向流动)时,阻滞作用很小。反之流体由切向管流入,中心管流出(反向流动)时,初始的切向速度以及旋流腔的结构使得流体在旋流腔内形成强涡旋流动,并在中心部分产生低压区,产生高阻滞作用。该单向流阻特性是涡流二极管一切应用的基础原理。涡流二极管性能主要由结构参数(旋流腔结构、中心管结构、切向管结构等)和工况参数(入口压力、出口背压、流量、流体介质等)两方面因素影响。同时研究发现在一定的结构和工况下,涡流二极管中心部位会发生明显的空化现象,该现象对涡流二极管性能影响明显。因此本文旨在针对其空化现象探索有效的研究方案,揭示其内部的空化形成机理,探索空化对涡流二极管性能的影响因素,提出针对空化流的涡流二极管优化设计方案。本文首先开展流体数值计算的工作,旨在从微观角度研究涡流二极管内流场机理。解析涡流二极管内流漩涡分布规律,探究空化流形成原因,同时进行实验较难完成的部分结构优化研究。同时采用不同模型结构,研究不同旋流腔结构及不同切向管、中心管结构对流场的影响因素,寻求涡流二极管结构优化设计方案。本文在数值模拟同时展开实验平台的测试工作,对涡流二极管进行系统研究。利用含有机玻璃透视结构及颜色标示PIV测试功能的实验台对涡流二极管流场运动规律及空化发生、发展过程进行测试。探究入口雷诺数、出口压力条件对空化现象的影响。结合以上测试数据寻求空化流的发生源,及其对涡流二极管综合性能的影响。综合以上实验和数值模拟结果分析,得出了涡流二极管空化流由液体汽化和不可凝结气体两部分组成,空化流的大小受入口速度、出口背压、旋流腔结构影响明显以及旋流腔中流场分自由涡和强制涡两个区域等一系列结论。