高压脉冲水射流是研究流体动力学的基础课题之一,广泛存在于水力发电、消防减灾、农田喷灌等领域。但是提高大体积(如1L)液体的速度在技术上非常困难,且被瞬态加速的液体的力学行为非常复杂。由于高压气体驱动的水射流技术涉及流体的可压缩性、射流的空气动力学特性以及驱动介质自身的性质差异,因此流动机理十分复杂,并未被完全了解。为了对高压脉冲水射流进行喷嘴结构优化,本文选择了三种喷嘴结构,分别是直喷嘴、锥形渐缩喷嘴和锥形渐扩喷嘴。通过采用计算流体技术,分析了在这三种喷嘴结构下高压氦气冲击水柱产生脉冲水射流的过程中,管内外的气/液分布与水射流的流体力学特性。并且拟通过数值模拟、理论分析、实验对比的方法对研究的相关问题进行进一步研究,研究的主要成果如下:(1)本文直喷嘴结构所选取的研究对象是基于施红辉所做高压气体驱动水射流实验,采用商业软件FLUENT对其产生的进行数值模拟。研究结果表明,采用SST k-ω湍流模型获得的计算结果与高速摄影拍摄的脉冲水射流实验结果有很好的一致性。(2)基于直喷嘴结构,为了进一步优化脉冲水射流的流体力学特性,本文设计出两种不同的喷嘴结构:锥形渐缩喷嘴和锥形渐扩喷嘴,并对三种喷嘴的模拟结果进行了对比分析。结果表明:直喷嘴水射流运动过程中的平均速度最快,运动距离更大,锥形渐缩喷嘴水射流横向宽度更大。(3)通过二维网格加密技术,建立了三种喷嘴结构下生成高压脉冲水射流的计算模型,数值计算了三种喷嘴结构下脉冲水射流头部和管内气泡产生的全过程。重点分析了个喷嘴结构下水射流的压力变化和射流头部流场结构特点。本研究对于不同喷嘴结构下高压脉冲水射流的管内外流场、射流结构和能量转化的数值计算结果综合分析,将本文的结论进行归纳整理,对比验证,为后续进一步分析高速脉冲水射流提供了数值计算和理论分析的参考。