空化现象广泛存在于水利工程与船舶工程中,是液体内部局部范围的低压引起的液体与其蒸汽之间的相变。为了防治空化时产生的噪声、振动、机械效率下降等不良影响,需要从模型实验和数值模拟两个方面对空化机理进行深入的研究。本文基于已有的实验数据,采用开源计算流体力学软件OpenFOAM对水翼的空化流动问题进行了研究,对三维波状前缘水翼的空化性能进行了数值模拟,为水力机械优化设计提供了理论依据。主要工作如下:(1)采用不同的湍流模型和空化模型模拟水翼空化流动,对比了 NACA0009翼型片空化前缘速度压力场、翼型表面压力系数、翼型升阻力系数的差异,结果表明SSTk-ω湍流模型和Kunz空化模型能够较好的预测片空化的流场特性;对比分析了一个周期内Clark-Y翼型云空化空泡脱落过程,结果表明相对于SST k-ω湍流模型而言,Rebound修正的SSTk-ω模型、基于K方程模型的大涡模拟能够更好的模拟空泡脱落的过程,更准确的预报空泡脱落的频率。(2)采用验证过的SST k-ω流模型和Kunz空化模型,研究了六种不同空化数和六种不同攻角下,NACA0009翼型片空化的空泡长度、空泡体积和翼型升阻力系数的变化规律;分析了空化数为0.8、翼型攻角为8°的条件下Clark-Y翼型云空化空泡形态、速度场、压力场等随时间的变化规律以及回射流对空泡脱落的影响。(3)介绍了三维波状前缘水翼的流动特性,研究了波长和振幅对波状前缘水翼空化流动的影响,结果表明波状前缘水翼的阻力系数大于基准翼型,波长大振幅小的波状前缘水翼能将空泡限制在翼型表面凹陷处,减小流场中的空泡体积;通过分析翼型极限流线图、空泡闭合区域的流场以及翼型表面涡量图,发现波状前缘水翼的空泡闭合区域存在着涡结构,抑制空泡进一步的发展,抑制作用的强弱与该处涡量的大小有关。