入水是生活中的常见现象，涉及到许多基本流体力学问题，在初始触水阶 段，接触水面的瞬间会产生巨大冲击载荷，对运动情况产生影响，甚至会导致结 构失稳和设备的失灵；在水下航行阶段，空泡包裹弹体，水动力扰动下，弹道会 发生偏转甚至失稳。此外，入水在工程领域有广泛的应用价值，因此一直是研究 的热点问题。本文对垂直速度恒定的三维细长弹体入水问题进行了数值研究，并 通过实验对数值结果进行验证。我们将工作范围限定在表面闭合的空泡形成阶 段。典型实验是在发射系统中进行。在 OpenFOAM® 平台上，结合 Kunz 空化模 型，开发了一个基于压力的可压缩多相求解器。数值计算结果与实验结果吻合较 好。本文阐述了阻力系数、压力分布、带气空泡的演变趋势及空泡内部流动特性 随时间的变化规律，同时讨论了它们与关键参数弗劳德数的关系。结果表明，冲 击后的阻力系数与超空泡情况下的阻力系数近似相等。在入水初期，空泡形状一 般与弗劳德数无关。 随后，本文利用流动可视化技术和粒子图像测速技术（PIV），对楔形体入 水过程中的内部流动进行了实验研究并给出了内部气流的时空演变过程。烟雾 的可视化能够表现出一些小尺度的流动现象，如二次涡、自由剪切层和入水空泡 内的 K-H 不稳定性。通过 PIV 测量获得内部流动的速度信息。结果表明，在楔 形体尾部，周围气体被夹带到瞬态气泡中，空气流量几乎等于空泡体积变化率。 当楔体下降时，气-水界面对尾涡特性有显着影响。涡区随时间逐渐缩小，尾涡 环流也减小。结果表明，气-水界面不仅抑制了涡旋的生长，而且导致了涡旋的 消散。 本研究通过高速摄像机和粒子图像测速仪（PIV）测量，研究了表面闭合水 花的形成机理。在较高的弗劳德数（Fr）下，水花在初始的外扩后向内弯曲，出 现表面闭合，学术界对表面闭合的形成存在争议。我们首先通过高速摄影，发现 入水水花存在外扩、过渡和闭合三种可能的运动模式，并指出了每种模式出现的 临界条件。为揭示表面闭合发生的机理，本文根据 PIV 测量得到的内部气流信 息，建立了一个分析模型描述入水水花形态的变化过程的理论模型。基于这个理 论模型，我们评估了重力、阻力、表面张力和空气动力压力对穹顶水花动力学的 影响。结果表明，空气夹带造成的压力下降对空泡表面闭合的产生生起着主导作 用。 最后，我们利用之前建立的泡内流动精细流场观测手段，从实验角度对气泡 夹断瞬间气体回射流的产生和演化进行了观测和分析。通过进行不同速度的入 水实验，我们给出了回射流产生的临界条件；通过结合高速摄影图片中的几何信 息和 PIV 测量得到的速度场，我们给出了回射流速度的预测模型；通过求解一维动量方程，我们根据速度场进行了泡内压力重构，进一步地揭示了回射流的产 生原因。