液体火箭发动机的推进剂在输送及燃烧过程中会发生不同尺寸下的空化现象,使得流场的不稳定性增强,引起强烈的机械振动,从而降低液体火箭运行的可靠性和稳定性。因此,掌握不同尺度下低温空化的流动特性及其预测方法具有重要的工程应用价值。本文基于低温流体空化时热效应的影响,分别对不同尺度下的低温空化展开了数值研究。具体开展了如下工作:以商业软件Fluent为平台,通过UDF（用户自定义函数）在能量方程中加入源项,修正空化质量传输速率,以此考虑热效应对低温空化的影响。模拟分析了不同湍流模型、空化模型及其相关参数对计算结果的影响,最后将混合物模型、RNG k-ε湍流模型和考虑热效应的修正Zwart空化模型耦合,建立了一套计算不同尺度下考虑热效应的低温空化的数值计算方法。基于本文建立的数值计算方法,对常规尺度下双锥节流装置中液氮空化进行了二维轴对称定常数值模拟,考察了流场参数和几何参数对双锥节流装置液氮空化的影响,发现减小入口速度和增大出口压力均能遏制双锥节流装置液氮空化。在液氧、液氮、液氢和液氦4种工质中,双锥节流装置液氧空化最强,而液氢最弱。增大前锥角时,喉部前端处空化增强,而喉部后端的空化被减弱。后锥角增加,喉部前端低压区、温降和空穴形态几乎无变化;而当后锥角为60°时各参数达到最大值。喉部长度的改变主要影响两个空化区的位置。对小尺度下文丘里管热水空化进行了三维数值研究,发现增大入口速度、降低出口压力、升高流体温度和增大来流锥角均能促进文丘里管热水空化。在液氢、液氮、热水和液氧4种工质中,文丘里管液氧空化最强,而液氢最弱。当流出锥角小于60°时,空化随着流出锥角的增大被削弱,而当流出锥角达到90°时,空穴从文丘里管喉部壁面脱落,并沿流动方向偏移一段距离。对微孔液氮的非稳态空化特性进行了三维数值研究,发现降低出口压力,微孔液氮的流动稳定性增强,流场负压区的边界更平直,空穴尾部出现二次流的周期性发展,且空穴长度增加,低温区变长。通过将常规尺度、小尺度和微尺度下低温空化的数值结果进行对比可得,不同于常规尺度下的低温空穴在垂直于流动方向上的充分发展,小尺度下的低温空穴在此方向上的发展会受到流道宽度的限制,而这种限制作用在微尺度下更明显,且微尺度下发生低温空化时,流道中存在明显的负压区。不同尺度下的最大温降均随空化数的增加呈减小趋势,且当空化数较小时,微尺度下的最大温降最大,而小尺度下的最大温降最小。