由于空化流动的复杂性，人们对空化现象的探索还有很长的路要走。实验研究一直是推动人们认识和进一步探索复杂空化现象与空化流动机理的基本方法。从20世纪70年代开始，人们就通过实验观察空化的发生区域和形态结构。通过对空化流动的大量实验观测，Knapp（1970）按空化发生条件及其主要物理特性对空化进行了分类：游移空化、固定空化、旋涡空化和振荡空化。后来，Brennen（1995）、Franc（1995）、Wang（2001）等按空化的发展阶段特征将其划分为初生空化、片状空化、空化云和超空化。随着水洞、水池实验研究的大量开展及各种先进测试设备与技术的出现，人们对空化现象的认识不断深入。Guennoun（2003）采用高速摄像机和微型压力传感器同步测量技术研究了绕水翼空化流场中一种具有特殊形态的泡状空化，揭示了游离型空泡的形成机理和周期性水动力特性。在空化结构上，Kubota等（1989）阐明了空化的微观结构，确定了在空化的形成和发展过程中，包含了许多微小的气泡集中涡，并提出了近壁反向射流的存在是空穴尾部不稳定的原因。Kawanami等（1995）应用高速摄像技术研究了云状空化在对流尺度上的脱落机制，认为在空化的非定常发展过程中，在水翼上很容易从下游形成反向射流，进而造成空泡的脱落等不稳定的流动特性。Pham等（1999）发现了导致片状空化不稳定性的两种因素：反向射流和小界面波的存在，并提出了控制这种不稳定性的方法。

国内对空化流动的实验研究始于20世纪60年代，为了解决螺旋桨、导弹出入水等空化问题，国内水动力学专家们对空化实验技术开展了一系列的研究工作。考虑到鱼雷、潜射导弹等受到洋流、发射方式和舰艇速度等的影响，刘桦等（1995）对典型头型的轴对称回转体在不同空化数和攻角条件下肩空泡形态特征进行了水洞实验研究，建立了系列轴对称体在不同攻角条件下的初生空化数和空泡发展过程中的特征几何参数。为掌握不同攻角条件下轴对称潜射导弹的空穴形态及表面压力分布特征，权晓波（2008）等对不同空化数和攻角条件下轴对称潜射导弹的流体动力特性进行了水洞实验研究，结果表明，随着攻角的增大，潜射导弹表面的空穴分布不对称性加剧，进而对潜射导弹的受力和控制造成很严重的影响，在工程设计中需加以重视。鲁传敬等（2002）通过水洞实验获得了从全湿、大空化数到低空化数等各种工况下轴对称体水动力特性和压力分布数据，分析了各种发展状态下自然空泡的形态和脉动特性。

自20世纪90年代以来，科技发展突飞猛进，实验技术及配套设备的发展日新月异。高速全流场显示、PIV（粒子图像测速）、LDV（激光多普勒测速）、微型传感器等实验技术开始广泛应用于空化流动的实验研究。对于空化流动的实验观测，高速全流场显示技术为人们观测空化瞬时流场的细微结构提供了便利的手段。Wang等（2001）采用高速全流场显示技术研究了绕翼型的附着型空化在不同空化阶段的形态结构并定量地给出空穴尺度的波动情况。Sakoda等（2001）采用高速全流场显示技术观测到在不同的空化阶段反向射流的强度是不同的。Li等（2008）采用高速全流场显示技术观测了绕水翼的超空化流动并按超空化的发展特性划分为空穴形成、两相共存和完全发展三个阶段。Liu等（1999）利用氙气闪光灯和高速摄像机对绕二维Clark-Y型水翼空化流动进行了观测，并利用LDV对流场空泡内外区域的液相速度进行了测量。结果表明，空泡内部的平均速度分布与边界层内单向流动的平均速度分布基本一致，但水翼近壁区域的反向射流具有强烈的波动性和间歇性。Arndt等（2008）应用数字式粒子图像测速（DPIV）技术，对绕NACA 0015水翼单相流动的尾迹流域进行了测量，研究表明空化的发生显著改变流场结构，水翼尾缘低速尾迹区域明显扩大。

张博等（2009）采用动态应变仪与箔式中温电阻应变片组成测量电桥测量了空化流场中不同空化阶段水翼所受的升阻力，揭示了亚空化流动下不同空化阶段的非定常水动力特性及其与空穴形态间的关系。近年来，人们开始逐渐关注空穴的断裂及空泡的脱落行为及其对空化水动力稳定性的影响。Kjeldsen（2000）采用傅里叶频谱分析的方法分析了空泡云脱落和溃灭过程中频谱的相关特性。通过对水翼表面的压力测量，Leroux（2003）研究了脱落空泡团溃灭产生的冲击波，发现冲击波的大小影响空穴的脱落频率。张博等（2009）从空穴断裂、空泡的脱落频率及水翼水动力特征频率的角度揭示了亚空化流动阶段的非定常动力特性，分析了空穴形态和水翼动力特性之间的内在关系。对于空泡溃灭过程对当地湍流流场的影响，以及对附着型空穴发展、脉动、断裂的影响，仍是今后很长一段时间内的努力方向。

综合空化流动实验研究的现状与发展趋势，实现空化流动的多场同步测量是实验技术的发展方向。但空化水洞实验研究成本巨大，且常受限于测量技术等多方面因素。随着计算机技术的进步和数值计算方法的发展，近年来越来越多的研究人员采用数值模拟的方法来研究空化现象，与实验研究结果相互补充和验证，取得了丰硕的成果。(www.daowen.com)

数值计算方法一直是空化研究的主要手段之一，经历了从Rayleigh-Pleset（R-P）方程进行单空泡的计算到势流理论进行超空化流动的研究。近年来，基于N-S方程框架的研究，已经成为空化流动数值计算的主流。特别是雷诺时场（RANS）方法，由于其计算的经济性，已在相关的工程领域得到了广泛的应用。由于空化流动涉及湍流、质量转换、可压缩性和非定常等几乎所有的复杂流动现象，同时由于水力机械还存在几何形状复杂、动静界面处理以及非惯性坐标系等，这使得水力机械内部非定常空化流动数值计算方法的研究面临着众多挑战。

作为一种多相湍流现象，在空化流动的数值计算中，湍流模型在很大程度上影响了对空化流动的准确预测。空化本质上为一种非稳定的传输现象，和湍流以及涡流的产生息息相关，湍流作为一种无处不在，又没有多少规律可言的流动现象，一直是学术界研究的难点之一。在一般的空化流场中，几乎都伴随着较高的雷诺数，因此湍流模型的选择就显得格外重要。随着计算机技术的迅速发展，湍流的数值模拟日益得到了重视，现有的湍流数值的主要方法有直接数值模拟（DNS）、雷诺时均化湍流模型（RANS）、大涡模拟（LES）及混合湍流模型（Hybrid Model）。DNS不需要建立湍流模型，是具有最高准确度的方法。然而需要很高的时间和空间分辨率，必须要捕捉到最小的湍流尺度，且在多相流中，交界面的厚度有可能比最小湍流尺寸更小，因此，限制了DNS方法在工程上的运用。针对空化流动，现在应用较多的是RANS模型，如标准k-ε和k-ω模型，这种计算方法可在工程要求的精度范围预测平均流动静态特征，需要的计算机消耗比较少，但对于非定常计算、大尺度分离流动、逆压梯度模拟等重要问题还难以得到满意的结果，不适合求解脉动尺度的运动。例如，标准k-ε模型（FBM）由于其广泛的通用性，在各种不同的流动计算中普遍采用，但是由于该模型对黏度系数的过预测，其在非定常流动计算中的应用受到了很大的限制。LES方法尝试捕捉流场中大部分湍流尺度，只留小部分可视为同向且均一的湍流尺寸交给亚格子模型进行模拟，可模拟大尺度涡流造成的不稳性和周期性，然而其代价是对网格的要求比RANS严格许多。而在靠近边界层附近，湍流尺度更为破碎细小，想在此区域真正捕捉大部分的湍流尺度是不可能的。因此，可以说几乎不存在真正的LES，大部分的LES在靠近边界层附近转换为RANS模型，类似的转换也应用于分离涡模型（DES），该模型利用网格点至边界层的距离来转换模型。Johansen等提出了带滤波器函数的k-ε模型（FBM），这是一种LES和RANS相结合的计算模型，申请者将其应用在在非定常空化模拟中，表现了远优于涡黏模型的模拟能力[23]。另一方面，空化是一种复杂的多相流动，在空化区域存在着汽液两相介质，Coutier-Delgosha[22]、Zhou[24]、鲁传敬[25]等考虑到空化的多相流特性，在传统的湍流黏性系数中融入了水和水蒸汽密度函数，提出了对RANS湍流模型进行密度修正方法，取得了比较好的效果。上述关于空化流动计算湍流模型的研究中，前者希望通过解决对于黏性系数的过预测，提高对于非定常流动计算过程的预测精度，是针对整个流动计算区域的，包括了空化和非空化区域；后者注重于空化的多相流特征，仅针对空化区域。为了更好地描述空化流动的湍流多尺度效应方法，在FBM方法和密度修正方法的基础上，提出了一种基于密度混合函数的湍流模型，提高了对于非定常空化流动的数值预测精度，特别是精确地预测了云状空穴形成断裂的准周期性过程[26]。局部时均化模型（PANS）是一种近几年发展起来的计算湍流流动的数值方法，可以从RANS平滑过渡到DNS的湍流数值模型，主要通过模型参数对闭合方程进行修正而产生桥接作用，实际上也是一种混合模型。应该指出的是，由于空化流动中汽泡的生成和溃灭过程对湍流发展的影响，引起空化流动中湍动能产生项和弥散项间的不平衡，如何描述空化溃灭过程对于湍流特性的影响，合理地描述空化流动的湍流多尺度和多相可压缩效应，提高非定常空化流动的数值预测精度，仍然是亟须解决的关键问题。

为了描述空化过程引入了新的未知量，在空化流动计算中除了湍流封闭以外，还要求解密度场进行空化模拟。目前，广泛应用的一种方法是对汽-液两相流体采取了单流体逼近模型。在这类方法中，各种模型的区别在于可变密度场的定义不同。部分研究者通过引入适当的状态方程确定密度场。另一种方法是采用基于传输方程的模型（TEM）来求解密度场的方法。在TEM中，求解一个关于液相（或汽相）质量或体积的传输方程，该方程有一个能调节汽-液两相间质量转换的源项，在不同的计算中人们采用了不同形式的源项表达式。在这种方法中，液相（或汽相）的体积或质量分量采用对流形式。由于方程的对流特性，这种方法具有一个明显的优点，就是它可以用来模拟惯性力对空穴的伸长、附着和漂移的影响，获得了比较理想的结果，传输方程模型已经得到了比较广泛的应用。Kubota等在R-P方程基础上建立质量传输和压强之间的关系，提出了基于空泡动力学的传输方程，这种方法的特点是可以较好地描述空化初生和发展时空泡体积变化。Singhal空化模型也是基于R-P方程的，在推导过程中分别考虑了两相的连续方程，该方程在描述云状空泡的断裂以及反向射流方面具有较高的精度。上述模型均采用了多个经验系数，影响了模型的广泛应用。Senocak和Shyy提出了基于空泡界面动力学的空化模型，从理论上来讲，消除了经验系数对空化模型的影响，该模型在预测附着型空穴方面具有较高的精度。针对非定常空化尤其是云状空化阶段空穴发展的非定常特性，在综合上述模型的基础上，提出了一种混合空化模型，对于空化发展和断裂均取得了较高的计算精度。虽然主流纯液相流体具有低马赫数的流动特点，由于混相介质具有较低的声速，空化汽液两相区域的流动可以达到10个马赫数以上，有关考虑可压缩性的空化流动计算已取得了一定进展。Schmidt等考虑了空泡溃灭对空化流动的影响，应用均质平衡模型（HEM）和基于密度的单流体可压缩求解器计算了绕三维水翼的高速空化流动。D.R.van der Heul等采用了一种压力矫正方法计算了可压缩定常空化流动。Xie等采用修正的Schmidt模型计算了和水下爆炸相关的非定常可压缩空化流动。然而，这种采用全流域可压缩流动的计算方法，一方面需要巨量的计算成本；另一方面由于主流区域具有非常低的流动马赫数，给计算的收敛也带来了非常大的困难。如何在实验的基础上，通过建立空化模型考虑空化区域汽-液两相的可压缩性对主流区域不可压缩流动的影响是目前在非定常空化流动研究中面临的又一个挑战。