关于空化多相湍流非定常特性的研究，目前最有代表性的成果是对于回射流的认识。在5.2节中，对回射流的发现形式已经有了初步的描述：回射流主要以水介质组成，其厚度远小于附着型空穴厚度，回射流始于空穴闭合尾缘，持续向前缘推进，这种机制产生的原因是湍流分离流动。Knapp在1955年发现了这种现象，在空穴的后部与壁面之间存在一种与主流流动方向相反的向上游运动的反向水射流，当回射流运动到空穴前缘时造成空穴的断裂。之后这种现象被多个学者用不同的方法所证实。Kubota利用激光多普勒技术，得到了空穴尾部脱落的空泡团是由许多小空泡组成的大尺度湍流旋涡，并证明了空穴尾部回射流的存在。Pham等分别采用电阻抗探针和光学探针测量了空穴内水蒸汽含量和速度分布，进一步验证了空穴尾部大尺度湍流旋涡脱落是由近壁回射流造成的。Gopalan和 Katz研究表明，回射流形成与发展和闭合空穴尾部的反向压强梯度有直接的关系。相关研究已经对于回射流机制产生的成因以及发展过程有了阶段性的认识。

图5-63是空泡脱落过程中，数值计算得到的绕翼型的压强分布云图及空穴形态，图5-63中的时间与图5-64中相对应。可以发现，在t=t0+18.9 ms时刻绕翼型吸力面的压强是相对均匀的，空泡尾部特别是近壁区域压力梯度较大，此处空泡形态不稳定。在t=t0+21 ms时刻空穴中部和翼型的交界处出现局部的高压区并迅速扩大，造成空穴的断裂。对比图5-63（b）相应时刻的观察结果，这时在相应位置，出现了比较明显的液相区域（呈较深的颜色），说明由于当地的压强升高造成的局部凝结从而当t=t0+28 ms时导致了空穴的断裂。随着时间推移高压区扩大，前部的附着型空穴从尾部迅速向前部减小，后部断裂的空泡团呈云雾旋涡状随主流向后部逐渐脱落。很显然，尾部压强升高是引起云状空穴断裂进而脱落的直接原因。应该指出的是，图5-63（b）的连续录像观测可以明显看到近壁处反向射流的存在，而断裂处正好是反向射流的前部。

图5-63　空泡脱落时翼型周围的压强分布随时间的变化

空穴沿着翼型吸力面增长，受到翼型壁面区域与主流区域速度差的影响，在空泡尾部形成顺时针的旋涡，并向翼型尾部发展。当空穴发展到覆盖整个翼型尾端时，空泡尾部汽-液交界面处压强随时间不断增加，下面说明空穴尾部的逆压梯度是形成回射流的主要原因。

为了考察空化云尾部的流场变化，图5-64给出了图示线段AB之间压力系数随时间的变化，如当t=t0+13.3 ms。图5-65给出了翼型尾部空泡形态和速度矢量随时间的变化。图5-65（a）是实验得到的空泡形态，图5-65（b）是计算得到的空泡尾部速度矢量。由图5-64和图5-65可知，在空泡增长阶段，压力系数较小，在t=t0+16.1 ms时刻压力系数明显增加，此时尾部流动受到空穴上端和翼型吸力面水流速度的作用，在尾部涡流后出现较小的反向流动；在t=t0+16.8 ms时刻，反向流动的速度受尾部压力梯度的影响而增大，空泡尾部顺时针涡流强度减弱，同时靠近翼型壁面区域形成逆时针的涡流。随着压力梯度的不断增加，反向流动增强，顺时针的涡流向翼型后上方移动，反向流动向壁面发展，这样就形成了贴近壁面的反向射流，反向射流的存在使翼型尾部空泡团逐渐脱离壁面。图5-65（a）中在t=t0+17.5 ms时刻近壁区充满了白色的空泡，到t=t0+18.6 ms时刻白色空泡已经脱离壁面，翼型壁面附近颜色较暗，说明此处水的含量较大，形成一股沿水翼表面与主流方向相反的回射流。

图5-64　空泡尾部压力系数随时间的变化

图5-65　空泡尾部速度矢量和形态的对比(www.daowen.com)

（a）空泡形态；（b）空泡尾部速度

图5-66给出了图5-64所示1～4点位置处x方向速度和水蒸汽含量随时间的变化，U1～U4分别是近壁区1～4点位置的速度。从图中可以得到，翼型尾部速度U1随着时间在U=0处上、下无规则地变化，U1存在反向速度，但是反向速度较小并且存在的时间较短，不能说明在翼型尾部形成回射流。与图5-65的速度矢量图对比，U1的变化和此处存在不同方向的旋涡相一致。位置2处的速度U2在一定的时间间隔内会出现持续较长的负速度区域，对应时间间隔内含汽量α2=0，说明在此处已经存在明显的回射流；U3随时间呈明显的周期性变化，和U2相比正方向速度持续较久，反方向的速度持续时间减少，回射流对空穴的影响减弱，结合图5-66（b）中对应的水蒸汽含量α3说明此处在一个周期内存在持续较长的稳定空穴。从U4随时间的变化曲线得到，点4处速度较稳定，没有反向速度存在，速度大小和主流区域速度一致，此处含汽量曲线随时间的变化较平稳。

图5-66　不同位置处x方向速度和含汽量随时间的变化

图5-67给出了回射流向翼型前端发展过程中靠近翼型壁面区域速度矢量的变化。从图中可以看到，在t=t0+18.9 ms时刻，翼型尾部区域的速度已经和来流方向相反，在空穴尾部形成大的旋涡区，造成此处小空泡团脱落；当t=t0+21 ms时刻，翼型中后部出现了明显的回射流，造成翼型尾部大量空泡团的脱落，同时液相充满了靠近壁面的区域；在t=t0+28 ms时刻，回射流发展到翼型中部，此处空穴厚度较薄，空穴断裂，回射流头部的速度受到主流区影响，速度方向发生改变，速度减小。

图5-67　翼型周围速度矢量和空泡形态随时间的变化图

图5-68给出了不同时刻翼型表面压力系数的分布，来说明翼型表面压强和回射流运动的关系。从图中可以看出，在回射流向翼型头部运动的过程中，不同时刻翼型表面都会出现一个高压区，其位置随时间不断向翼型前端移动。图中a、b和c点分别表示t=t0+18.9 ms时刻、t=t0+21 ms和t=t0+28 ms时刻高压区的峰值，对比图5-68，可以发现a、b和c点的位置与回射流头部位置基本一致，并且随时间的推移压强峰值有增加的趋势，局部高压导致了空穴的断裂。

图5-68　不同时刻的吸力面压力系数分布