管材内表面加工一直是国内外研究的重点也是难点,因其结构特征的影响,传统的工具接触式抛光方法难以对其进行全面的加工,而且抛光后的工件会出现不同程度的加工损伤以及加工不均匀等问题,抛光质量很难满足实际加工的要求。针对管材内表面加工难的问题,本文提出了螺旋式约束磨粒流抛光新方法,该方法是在待加工表面配置螺旋式约束模块,使工件表面与模块间形成约束流道,利用湍流状态下的磨粒流对工件表面进行微力微量的切削作用实现工件内表面的加工。本文的主要工作和成果如下:(1)基于颗粒的动力学和液-固两相流的基本理论,构建螺旋式约束磨粒流的基物理模型,选用RNG k-?模型和混合模型作为本论文的湍流模型和多相流模型。(2)针对螺旋式约束磨粒流抛光的特点合理设计抛光装置,并对装置的关键部位进行有限元分析,装置的整体结构不仅满足强度和刚度的要求,而且能实现安全、稳定、高效的加工。(3)基于颗粒的冲蚀磨损理论,利用ANSYS/LS-DYNA建立单颗粒冲击模型,并对磨粒的冲击磨损特性进行研究,为进一步分析材料的去除机理提供理论依据,仿真结果表明,在颗粒撞击的初期工件表面只发生弹塑性变形,随着撞击次数的增加工件表面开始出现材料的磨损,随着冲击次数和冲击速度的增加材料磨损量也逐渐增多。(4)基于RNG k-?湍流模型和混合流体模型,利用FLUENT对流道内的流场进行了数值模拟分析,仿真结果表明,当约束模块保持静止时,磨粒流在约束流道内达到了湍流状态,流道内部的速度场、压力场、湍动能分布比较均匀,这有利于磨粒流的均匀加工,随着约束模块转速的提高,流道内部的流速也逐渐增加,加强了颗粒对壁面的刮削作用,有效提高了磨粒流的加工效率。(5)基于颗粒图像测速系统(PIV),对螺旋槽内的流场特性进行了研究,获取了颗粒的速度场特性和涡量特性,利用高速摄影仪对流道内的颗粒进行了观测,得到了整个流道内部颗粒的运动特性,验证了仿真结果的正确性。(6)基于流场仿真和观测实验的结果,合理搭建螺旋式约束磨粒流加工实验平台,加工实验的结果表明,当约束模块静止时,在磨粒流微力微量的切削作用下,工件表面质量得到有效的改善,随着约束模块转速的不断提高,原本粗糙的工件表面逐渐趋于平整,材料去除量也逐渐增加,模块的高速旋转运动提高了磨粒流的整体加工效率,加工实验的结果有效证明了螺旋式约束磨粒流抛光方法的可行性和高效性。