入水问题是一个在极短时间内涉及跨介质的气-液-固相互作用的复杂多相流动问题。入水问题与航海、航空和航天等领域息息相关,例如:空投鱼雷、航天飞行器海上回收和船舶砰击等。减小运动体水中阻力是水动力学领域的一个重要问题,较低的阻力意味着更快的速度和更低的能源消耗,因此研究水下减阻技术对能源节约、提高船舶和水下航行器性能等具有重要意义。近期的研究表明沸腾效应对运动体入水多相流动和水下减阻特性具有较大影响。本文采用数值模拟和实验相结合的方法,针对高温球体入水过程的多相流动特性和水下运动过程的减阻特性开展研究。主要研究内容和成果如下:基于高速摄像实验方法,对高温球体入水多相流动特性进行了系统的研究。开展了不同入水速度、球体初始温度和水温条件下的球体入水实验,获得了核态沸腾和膜态沸腾阶段球体入水空泡流动方式和演化特性,并对入水空泡形态进行了划分。在核态沸腾和膜态沸腾阶段,球体均可以在较小的入水速度条件下形成入水空泡,核态沸腾球体生成的空泡壁面比较粗糙,膜态沸腾球体生成的空泡壁面比较光滑。分析了膜态沸腾阶段球体初始温度和入水速度对蒸汽膜稳定性的影响,球体温度越低、入水速度越大蒸汽膜越容易受到扰动,从而形成扰动的入水空泡。开展了超疏水性表面高温球体入水实验,分析了沸腾效应与球体表面润湿性的耦合作用对入水空泡演化特性的影响。基于VOF(Volume of Fluid)多相流模型,耦合蒸发-冷凝相变模型,建立了膜态沸腾球体入水过程数值模拟方法,并与实验结果对比验证了数值方法的有效性。通过数值模拟对比分析了膜态沸腾球体与亲水性、超疏水性表面球体入水流动特性的差异。膜态沸腾球体空泡壁面与球体表面不存在接触线,汽化生成的蒸汽膜将球体底部与水隔开,空泡壁面径向扩张速度远大于超疏水性表面球体,空泡的深闭合时间较大。开展了不同相对密度的膜态沸腾球体入水多相流动特性数值研究,分析了相对密度对入水空泡演化和流体动力特性的影响。开展了高温球体水下运动过程减阻特性实验研究,得到了核态沸腾和膜态沸腾球体在不同温度水中自由下落过程的平均速度,分析了球体初始温度和水温对水下减阻特性的影响。获得了室温球体、核态沸腾和膜态沸腾球体水中运动过程三种典型状态下速度随时间的变化规律,并分析了三种状态下球体水中下落过程的轨迹稳定性。核态沸腾球体形成的蒸汽不易发生堆积,减阻效果好于膜态沸腾球体。与室温球体相比,膜态沸腾球体下落轨迹稳定性较好,核态沸腾球体下落轨迹稳定性较差。采用Mixture多相流模型对膜态沸腾球体水下运动减阻特性进行了数值研究,揭示了膜态沸腾球体水下减阻机理,分析了雷诺数和表面加热位置对水下减阻特性的影响。膜态沸腾球体尾部低速旋涡区较窄,形成的蒸汽云为流线型。膜态沸腾球体在水下运动过程中,流体在蒸汽膜外部具有较大的流动速度,蒸汽膜的滑移效应减小了壁面对流体的粘滞力作用,使流动分离点向球体尾部移动,减小了球体受到的阻力。随着雷诺数的增加,蒸汽堆积位置向后移动,延缓流动分离,阻力系数逐渐减小。表面加热位置越靠近来流方向,蒸汽的堆积效应越弱,流动分离位置越靠近球体尾部,减阻能力越强。