由于在复杂现场直接观察空化发展状况几乎不可能，而监测信号与空化程度之间还未形成明确对应关系，尚不能根据所采集的信号准确判定水力机械内部空化的发展状态，为实时评估机组空化发展程度带来了困难。数值模拟可作为一种补充方法，预测空化的发展状况，以此作为声学与振动监测的空化程度辨识的判据。针对采用试验方法预测空化面临的困难，提出了空化数值模拟的流程，并基于-湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对NACA0009水翼进行空化计算，与试验数据对比的结果，证实了数值模拟空化的可靠性。通过对离心泵进行空化计算，预测了不同空化发展阶段气泡在叶轮内部的分布规律，气泡首先在叶片头部出现且随空化的发展，逐渐充满流道，进而影响流场均匀性。在非定常流场中，蜗壳壁面和叶轮出口监测点压力脉动的主频均为叶频。由于蜗壳与叶轮的动静干涉，各监测点时频特征变化趋势并不一致。提取了叶轮径向受力，发现空化的发展主要导致叶轮Y向振动加剧。在保持扬程和效率基本不变的基础上，预测了不同叶片数离心泵能量特性和空化性能的变化趋势，捕捉叶轮受力及蜗壳内部压力脉动的动态信息，探讨叶轮参数变化对离心泵水力性能的影响。虽然空化数值模拟受计算模型和计算方法的限制以及计算时对真实模型作了一定简化，使得数值计算的结果并不能替代试验值，但是通过将数值模拟场中虚拟监测点的时频信息与真机实测监测点信号进行对比，可以在真机空化监测中作为辨识空化发展状态的辅助判据。