掺气水流流动是高速水流的一种主要流动现象，这种流动的研究重点和难点之一是模拟和测量其复杂的气泡流动。掺气水流中气泡体积大小不同，存在周期有长有短，其形成、生长和运动过程呈现出不同的几何结构和复杂的水动力学特性。气泡的形成和运动规律与实际工程应用息息相关。因此，全面深入研究气泡的形成和运动规律，对于更好地为气泡研究提供参考具有十分重要的意义。　　本文从理论分析、模型实验和数值模拟三方面综述了国内外对气泡运动的研究进展，发现在以往的研究中，对气泡在运动过程中，气泡变形对运动规律的影响研究大多不够深入，对两个或多个气泡的相互作用研究资料相对较少等，本文针对上述问题，采用CLSVOF法，引入表面张力模型并配合模型实验对气泡的形成及上升运动进行了数值和实验研究。本文的主要研究工作和结论如下:　　(1)在总结分析前人气泡研究成果的基础上，建立了三维气泡动力学数值模型，在变形气泡模拟中引入Realizablek-ε模型，在此基础上采用采用CLSVOF法结合表面张力模型同时指定不同计算条件的壁面粘附角模拟了气泡的形成及上升运动过程。　　(2)设计建立了一套可用于测量气泡形成与运动的实验装置，通过高速摄像机进行实时图像采集，通过C++编程和图像分析算法对图像进行了处理分析，获取气泡运动信息，并在此基础上改进源程序，用于处理数值模拟的计算结果，　　(3)分析了不同进气流量和不同锐孔孔径对气泡形成及上升运动的影响，模型实验与数值模拟的结果对比验证了CLSVOF法的可靠性，通过数据分析得出:气泡的形成周期随着进气流量增大而缩短，缩短的趋势也趋于平缓;进气速度相同时，锐孔孔径越大，气泡之间越容易发生合并与分裂;孔径相同时，进气速度越大，气泡之间也越容易发生合并与分裂，跟随气泡有一半的投影面积进入引导气泡尾流区后，跟随气泡会加速上升，并最终发生合并;气泡脱离锐孔后，气泡的运动速度曲线随着进气流量和锐孔孔径的增大会逐步形成有规律的震荡周期，震幅也逐渐加大。　　(4)对单气泡的上升运动过程进行了实验和模拟分析，在气泡运动轨迹上，界定了气泡从一维直线型转化为二维平面型，再到三维螺旋形，最后到初始为一小段直线运动，随之转变为平面Z字形与三维螺旋运动交替出现的状态的变形参数，并给出了气泡在这四种轨迹路线上横向偏移量的变化规律;在气泡变形上，发现变形气泡在上升初期，E值急速下降，在下降达到一个极小值之后，以震荡的形式逐渐增大再减小，在气泡上升后期，E值总体上达到稳定，但是仍然表现为周期性震荡的形式;根据得到的气泡参数拟合了可以准确描述文中气泡的变形情况的E与Eo、We与Ta关系式;在气泡运动速度上，认为不同变形程度的气泡速度震荡幅度不同，气泡速度震荡与形状震荡的周期几乎同步，二者的变化趋势相反，通过气泡运动速度计算出阻力系数CD与升力系数CL;随之对气泡运动过程中的受力情况进行了分析，发现浮力和阻力在一个量级单位，它们在气泡运动中起主导作用，而惯性力、虚假质量力和basset力呈震荡状态，升力与重力在气泡运动中起到的作用最小，基本可以忽略不计。　　(5)研究了同特征均匀分布气泡和不同特征非均匀分布的双气泡和多气泡的运动过程，发现水平排列气泡间的速度矢量起阻止气泡的合并的作用，竖直排列的气泡间的速度矢量会促使气泡发生合并;气泡间距对合并的影响大于气泡排列方式对合并的影响;气泡变形较小时，升力主要受速度梯度的影响，升力系数变化范围不大，气泡变形较大时，升力主要受气泡变形的影响，升力系数变化范围增大;气泡的升力系数平均值随着气泡数量增多和Eo的增大，瞬时升力系数与单气泡相比会有一个剧烈的减小过程，在减小过程中会出现一定幅度的震荡，并且震荡幅度随着气泡Eo的增大而增大。　　(6)对泄洪洞反弧段动水中不同变形程度的气泡运动进行了数值模拟，得出小Eo气泡对反弧段的掺气减蚀可以起到更长距离的保护作用;气泡切向运动速度与气泡总运动速度变化趋势相同，径向速度均为正值，通过对气泡受力分析得出:不管气泡是处于静水中还是动水中，气泡受到各种力的大小基本都随着Eo的增大呈增大趋势。阻力和浮力仍然是主要作用力，惯性力、虚假质量力和basset力呈震荡状态，气泡受到的升力由于受到反弧段动水横向速度梯度的影响，与静水中气泡升力相比增大了3～4个数量级，仅次于阻力与浮力，重力基本可以忽略不计。