磨料水射流加工技术是比较好的冷态加工技术，在加工超硬材料及多层复合材料方面有独特的优势，然而磨料水射流也有其自身的缺点，比如，射流的滞后、过切等现象。要想获得精确的加工控制，需要对其加工机理进行深入的理解，目前对于磨料水射流的研究大都停留在实验的分析与总结，数值模拟作为理论和实验之外的第三种分析手段，已经越来越多的用于工程中。然而目前常用的分析理论大都基于连续介质力学为基础的有限元或有限差分方法，磨料射流的加工中包含有复杂的气液、固液等二相流模型，而且涉及冲蚀过程，随着材料的去除，所用的有限元网格会不断的变化，这对计算结果的精度带来了很大影响，其次基于有限元与有限差分的方法在流固耦合时比较困难，对于计算硬件的要求也很高。　　 本文引入在材料与微纳领域广泛应用的介观分析手段，将其用于磨料水射流的加工模拟中。首先，研究了元胞自动机在磨料射流加工中的应用模型，即将磨料加工中的相关因素，抽象成水射流元胞、材料元胞，通过这两类元胞的作用来模拟冲蚀的系统行为。为了获得这两类元胞的演化与相互作用规则，总结了已有的水射流理论与磨料冲蚀加工理论，并利用水射流的结构与速度理论，构建了水射流元胞的演化规则；利用磨料射流的能量冲蚀理论，建立了射流元胞冲蚀靶材元胞的规则。　　 根据所建立的元胞自动机冲蚀模型，设计了相应的二维和三维元胞自动机算法，对算法中比较重要的参数进行了分析、选择、计算。利用二维元胞自动机模型，实现射流加工过程中出现的滞后现象进行有效的分析与模拟；利用三维元胞自动机方法，不但可以对射流加工滞后现象进行模拟，还可以用来对射流加工过程中的坡口现象进行模拟分析，实验与模拟结果的对比分析，说明了算法与模型的正确性。　　 由于理论缺陷，元胞自动机动机难以精确表示水射流的演化过程，所以本文引入了格子Boltzmann方法(LBM)进行水射流的分析。首先对相关的LBM理论及常用模型进行了总结，接着分析了淹没射流的LBM应用模型，由于高压射流属于湍流，所以常规的LBM，是不能稳定运行的，在比较了几种解决办法后，选择在格子粘度中添加湍动粘度的方法，来有效保证LBM的稳定计算，湍流模型采用大涡模型，本文对其中的应用公式重新进行了推导。　　 非淹没射流属于气液二相流，本文比较分析了几种常用的LBM多相流模型，自由能模型可以用于大密度比二相流，但是不能应用于湍流。于是本文对自由表面流进行了分析，该方法是忽略气体内部流动的一种单相流模型，所需的计算内存比较小，但是在重构界面及计算表面张力的时候，已有的方法都比较复杂，本文引入在Level Set中使用的表面追踪方法，利用改进后的界面单元流体比函数代替Level Set函数，可以很方便的计算表面曲率及表面张力，本文基于此方法建立了带表面张力的LB方程，设计了气体边界重构模型，该模型可以用于湍流射流的模拟。