空化是许多工业部门常见的一种复杂现象，尤其在能源、水利、船舶、交通等行业广泛存在。空化流动的复杂性不仅体现在空化过程涉及相变、形态演变等问题，而且空化往往发生在旋转的机械中，这样加大了运动的繁杂程度。在实际的工程中，空化流动不仅影响机械及其系统的效率与稳定性，还可能发展为空蚀，造成对流动边壁的材料损伤。因此，开展复杂水动力学空化流动的机理研究具有重要的科学价值，其成果也可以指导工程应用。
近年来，课题组依托国家自然科学基金、北京市自然科学基金、国家重大科学仪器专项项目、国家科技支撑计划、国际科技合作、与企业合作等项目，开展了一系列基础理论及工程应用研究，取得了丰硕成果。如针对超小尺度翼型、超小型泵及类似工程问题的非定常空化流动模拟，首次建立了考虑液体粘性、表面张力与热力学效应的空化模型；提出了一种可动态更新流场中空化核局部含量的（气-汽-液）两相三组分通气空化模型，改善了自然空化与通气空化并存时的流动模拟精度；采用局部时均化模型和漩涡输运方程，发展了空化湍流的漩涡分析技术，揭示了空化马蹄形结构及对涡运动发展与边界层变化的影响规律，为解决水力机械空化条件下的流动分离、非稳定性问题提供了理论依据；基于空泡动力学原理建立了空泡体积演变加速度与压力脉动的关系，发展了水力机械空化诱导压力脉动的预测技术，将该技术由定性预测水平提升至定量预测水平；研发了水力机械吸入装置优化设计技术，大幅度提高了水力机械的空化性能和抗空蚀能力，成功应用于多系列水力机械新产品的研制，取得了重大的节能减排效益和良好的经济效益。
课题组获得发明专利授权10项、申请发明专利5项，发表相关论文百余篇（其中被SCI检索37篇）。反映本项目漩涡分析技术和高精度空化流动模拟技术的论文发表在著名期刊International Journal of Multiphase Flow，为ESI高被引论文。项目成果具有完全自主知识产权，是我国空化研究领域的一个重要突破。教育部组织专家对本项目进行技术鉴定（鉴字[教NF2012] 第008号），认为“项目成果达到了国际先进水平，在超小尺度空化理论、非均匀场中螺旋桨空化及其诱导压力脉动的精细模拟方法等方面达到了国际领先水平”。
本项目的成果获得了全国泵标准化技术委员会的积极推荐。该委员会于2014年3月专门发文，推广本项目的空化机理及相关技术在工业流程泵技术研发中的应用： 采用“基于空泡体积演化的流体机械空化性能预测技术”研发了300LDTN-200型立式多级筒袋泵和ZDGR45-80型卧式多级高温流程泵新产品，其空化比转数分别达到2352和1787，远高于代表现阶段国际先进技术的产品TTMC150B型立式多级筒袋泵（空化比转数为1328）和DG45-80型卧式工业流程泵（空化比转数为655），大幅度提高了工业流程泵的吸入能力，使新产品的空化性能达到国际领先水平；倡议在我国泵行业进一步推广清华大学的先进空化研究成果，优化相关的国家标准与行业标准，为实现泵行业科技创新跨越式发展、振兴民族机械装备工业作出重要贡献。此外，本项目研究成果在中国船舶科学研究中心的螺旋桨空化减振研究及新型螺旋桨的设计中获得应用。一方面通过试验与计算建立云空化涡流作用模型，验证了螺旋桨空化诱导压力脉动与空泡演化的关系，确立了螺旋桨减振方案，后续将进一步研究螺旋桨降噪措施，增强我国水下推进技术的竞争实力。（季斌 供稿）
