随着矿产资源需求的增加和陆地矿产资源的日趋减少,深海矿产资源开采已成为国家重大发展需求。作为深海资源勘探开发装备中的关键技术,射流技术在结核采集系统中发挥了重要作用,其中,自振射流具有强烈的振荡特性和空化作用,在高围压下可显著提高冲蚀效果。然而在深海高围压条件下,自振射流频率特性难以预测、高频振荡及其冲蚀行为未得到深入研究,现有理论模型与实际射流动力学特性之间联系不强,无法对射流的实际打击冲蚀行为进行指导,严重制约了自振射流技术在围压下的应用。针对围压下自振射流频率特性及冲蚀行为研究过程中存在的关键问题,本文首先对射流装置的声谐固有频率特性开展理论分析,并基于不同建模方法建立理论模型。通过围压下自振射流冲击试验,获取自振射流的全频谱结构,揭示了射流自激频率的影响因素及变化规律,最终建立实际射流的频率模型,并据此对射流高频振荡模态进行了深入分析。基于自振射流冲蚀试验,研究了自振射流的冲蚀模式,进一步探究了射流冲蚀行为的影响因素及变化规律。主要研究内容如下:(1)为解决现有理论模型过于简化的问题,对射流装置理论模型开展研究。首先对射流装置声谐固有频率特性进行理论分析,基于装置结构的谐振特性,采用不同建模方法分别对管网结构和喷嘴谐振腔建立频率特性数学模型,探明装置声谐固有频率的宽带特征及频率范围。(2)为解决理论模型与实际射流动力学特性之间存在脱节的问题,对实际射流频谱特征展开研究。通过围压下自振射流冲击试验,基于信号分析方法,获取射流的全频谱结构。自振射流频率特性包括低频脉动与高频振荡,其诱发机理分别为管网内流体扰动与喷嘴出口处流体涡激振动,二者影响因素与应用条件均有较大差别。射流的全频谱结构为不同围压下自振射流频率特性的研究提供了理论支撑。(3)在获取自振射流全频谱结构的基础上,对围压下射流的高频振荡特性展开研究。通过对射流频率理论计算公式及相关因素的分析,确定了斯特劳哈尔数对射流频率计算的重要作用。依据三波共振理论确定射流自激频率及斯特劳哈尔数,通过研究斯特劳哈尔数的影响因素及变化规律,获得了斯特劳哈尔数随空化数的变化关系;依据流体相似理论,建立实际射流自激频率的估算模型,该模型为自振射流振荡模态分析奠定了理论基础。(4)基于射流自激频率的估算模型,开展了射流高频振荡模态研究。首先依据射流装置谐振特性与理论模型,改变喷嘴装置结构参数,使其产生特定声谐固有频率;其次,改变射流工作参数,使射流振荡频率分别与装置不同声谐固有频率相匹配,产生多种振荡模态。重点分析了次谐波共振及基频共振的发生机理及振荡效果,探究了射流高频振荡模态调制的可行性。(5)在自振射流振荡模态可调的前提下,基于冲蚀试验法对射流冲蚀行为展开研究,获得自振射流冲蚀效果随环境参数的变化规律,定义了自振射流的三种冲蚀模式,并研究得到不同冲蚀模式的演化规律及生成机理;结合射流声谐共振特性,分析得到射流冲蚀行为与高频振荡特性的联系。在此基础上,针对围压条件下喷嘴下游边界结构及靶盘倾斜角对射流冲蚀行为的影响展开研究,分析各因素的影响规律,为围压下自振射流的空化冲蚀应用提供了参考。