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自激振荡射流具有结构简单、工作效率高、成本低廉等优点,仅需通过亥姆赫兹腔的调制作用,便可以将连续射流转变为脉冲射流,它具有传统射流的全部优点。随着近些年水射流在各行各业的广泛应用,若能人为调制自振射流的脉冲特性,将其运用到这些领域,将产生巨大的经济效益。然而,关于自激振荡射流的机理并不完善,工程上设计多是基于经验,缺乏对其内部流动详细研究。自激振荡射流内部流动涉及剪切空化、涡壁作用、流体弹性等复杂理论,影响因素众多,流动机理复杂。为此,本文基于大涡模拟,结合高速摄影技术,对亥姆赫兹式自振射流空化流动进行细致研究,并对其脉冲机理进行进一步诠释。主要工作和研究成果如下：(1) 为验证大涡模拟对自激振荡射流预测的可靠性,首先通过试验对自激振荡射流出口处的脉冲压力进行测量,分析压力脉动的频谱图,与相应的数值模拟结果进行对比验证,结果表明：自激振荡射流出口峰值及主频与试验结果吻合较好,相比于RANS模型,LES模型对高速脉冲射流的复杂湍动特性能具有较为详细的描述,获得的流动特性更接近真实。(2) 腔室内上喷嘴附近初生空化时,形成环状的空泡云,向下游运动过程中演变为辫状涡,然后迅速溃灭,随工作压力增加,剪切层空化变得越来越剧烈,明显可以观察到空泡云与碰撞壁的相互作用。振荡射流频率主要受上游涡环脱落频率影响,腔室调制的最终目的是放大涡环。在本文研究范围内,随雷诺数增大,自振频率变高,腔长增加,脉冲频率减小,腔径对脉冲频率几乎没有影响。(3) 亥姆赫兹式自振射流机理描述为：射流本身就包含内在有序扰动,通过上喷嘴附近剪切层的放大,形成开尔文-亥姆赫兹涡周期性脱落,这样的流动冲击在出口狭小孔口平面上,造成腔室内周期性回流和出口平面变化的阻力产生压力脉动；上游的有序涡环在腔室内周期性变化；涡心的低压引起的空化,引起对腔室内能量周期性的影响,腔室的作用此时相当于蓄能器,对出口断面的质量流量形成周期性的调节；这个脉动压力场导致进口流量产生脉动,形成与入口有序流动频率相同的有效射流驱动,射流剪切层在其固有频率范围内响应射流驱动力,并且将其放大,在腔室内形成闭环,就形成了周期性脉动的自激振荡射流。(4) 对自振射流外流场,工作压力较低时,空泡云仅集中在喷嘴出口附近,剪切层刚好发生初生空化。随着工作压力升高,射流对环境流体的卷吸能力提升,在喷嘴出口两侧形成大尺度的涡旋,空化云随工作压力升高越来越长,空化的也越来越剧烈。腔长增大,腔室内可蓄能调制的空间增加,下游出口流场的不稳定性减小,出口处的涡相对更有序。腔径对自振射流的影响主要体现在对射流在腔室内的反馈调制。外流场出现明显的大尺度剧烈的空化,空泡从喷嘴喷出后,沿轴向和径向发展,完全发展后形成云状空泡,随时间向下游运移,破碎成小的气泡,最终耗散在环境流体中。(5) 随着射流工作压力提高,压力脉动的峰值相应的也越大,射流出口的冲击性能也越好。喷嘴腔长增大,峰值压力会逐渐降低。无量纲腔长在1到4间变化时,脉动幅值随腔长增加呈明显的上升趋势。工作压力越高,相同结构下脉动的峰值也越高,自振腔对于射流总是起放大的作用。自振腔的腔室在腔长一定的情况下,腔径主要影响下游碰撞壁反馈的涡旋进行调制,当腔径太小时,射流在腔室内卷吸周围流体,形成回流涡旋,在腔室内部不能有效发展,腔室壁面对回流进行受限挤压,腔室内能量耗散加快；当腔径太大时,涡旋虽然得到充分发展,但由于径向空间足够大,远离射流轴心,从碰撞壁反馈回上游的涡旋并不能对射流轴心进行有效的调制与干扰,因此仅在特定条件下,峰值压力能达到最高值。(6) 当涡环脱落频率接近固有频率时,腔室脉冲被放大,基于此推导出初生空化数与亥姆赫兹腔各参数的关系式,对自振喷嘴的空化研究有重要意义。(7) 自激振荡射流对铝板进行冲蚀,空泡云与铝板产生强烈的作用,大的空泡破碎成小空泡,小空泡局部瞬间破碎,形成巨大的破坏能力,在表面造成密集的蜂窝状小孔。当靶距超过空泡云长度,空泡已经完全溃灭,对试件的作用微乎其微。腔长增大导致外流场空化强度减弱,空泡云长度变短,但射流扩散角变大,冲蚀面积增加,冲蚀深度随腔长增大而减小。腔径增大导致外流场空化强度增加,破坏能力增强,其冲蚀面积基本保持不变,冲蚀深度随腔径增大而增加。