基于之前的描述可知，云状空化是一种典型的非定常空化流动现象，附着在航行体头部的云状空穴的断裂以及大尺度空泡团的脱落是航行体振动和变形的主要诱导因素。图6-49给出了实验观测和数值计算得到的平头回转体云状空化流动在一个发展周期内的瞬时空穴形态图。由图可知，空穴发生不规则的断裂，断裂后会产生大尺度U形空泡团的脱落。由数值结果中的三维效果图可以看出，各个时刻空穴形态结构环绕回转体呈现非常明显的不对称性，说明空泡的发展过程呈现明显的三维特性。

图6-49　绕平头回转体空穴形态随时间的演变过程（σ=0.7）（见彩插）

为了更直观地展现绕平头回转体云状空化的三维流动结构及反向射流的作用规律，图6-50给出了σ=0.7时，平头回转体的x=0.02 m监测线上的水蒸汽含量、速度u及表面压力系数Cp的时空分布云图，图中的横坐标为时间，纵坐标为弧度表示圆周监测线上的位置。图6-51给出了监测线的位置以及100个监测点分布情况示意图。从图6-50可以看出，监测线上每一位置的含汽量及速度u均随时间呈准周期性地变化，且其u的值大部分都小于零，说明该处几乎始终存在反向流动。另外，发现在反向速度较大的区域的含汽量较小或为零，说明此时空穴发生局部断裂或完全断裂。结合压力系数分布云图可以看出，空穴发生断裂的位置正好对应于局部高压区，由于流动的三维特性，发生局部高压区的位置也不尽相同。

图6-50　绕平头回转体云状空化流动的时空分布云图（见彩插）

（a）水蒸汽含量；（b）速度u；（c）压力系数

图6-51　平头回转体的监测线位置示意图(www.daowen.com)

为了更好地研究绕平头回转体云状空化流动中反向射流的推进过程，图6-52给出了不同时刻各轴向监测线上的表面压力系数曲线。其中，监测线A、B、C和D如图6-53所示。从图6-53中可以看出，不同监测线上的压力分布情况基本相同，空化区域对应于低压区，其沿轴向的跨度约为2 d。压力曲线的最高峰P1恰好位于流动分离的再附着区（Katz的实验结果），且其位置基本不随时间及空泡的演变而变化。在空化区域内，由于反向射流产生的压力曲线的次高峰P2，其位置随着时间的推移而逐渐向上游移动。对比同一时刻不同监测线上的压力曲线可知，次高峰P2的位置明显不同。这表明反向射流对空穴的作用在沿回转体的圆周方向上存在差异。结合图6-53给出的时均表面压力系数曲线可以看出，不同监测线上的时均压力分布情况基本一致，说明反向射流随时间的推进过程在圆周方向亦具有周期性。

图6-52　不同时刻各轴向监测线上的表面压力曲线

（a）t0；（b）t0+0.4 T；（c）t0+0.6 T；（d）t0+0.8 T

图6-53　时均表面压力系数曲线

图6-54　空穴内部高压位置随时间的变化

为了更好地研究不同监测线上反向射流随时间的推进过程，图6-54给出了P2的位置随时间的变化曲线，其中纵坐标为无量纲化的距离，X是P2的位置与回转体头部之间的实际距离，d是回转体横截面的直径。图中曲线的斜率表明反向射流推进的速度。在t0时刻，监测线A和D上，P2的位置较B和C的靠下游。随着时间的推移，不同监测线上的反向射流以不同的速率向上游推进，由曲线斜率可知，A线上的反向射流推进速率最快。当t0+0.8 T时，相比较其他监测线，A线上的压力次峰值P2的位置最靠前，几乎达到回转体的头部。由此可知，沿回转体的圆周方向上反向射流的推进是不同的，导致空穴发生不规则的断裂进而造成U形空泡团的脱落。