水力冲射海底开沟机是海底输油管道开沟铺设的专用设备。研究发现目前国内在开发设计冲射开沟机过程中存在许多问题,其中最重要的问题是射流相关参数设置无依据,完全依靠设计者的经验来确定,行业和国家也没有相关的理论标准。该问题导致无法确定射流参数是否合适,无法最大限度地发挥开沟机的射流破土能力。本文研究了影响水射流破土性能的喷嘴结构参数和射流破土过程相关参数,并对这些参数进行了优化。首先,研究了喷嘴内部结构参数对水流速度提升效率的影响,采用数值模拟与正交试验相结合的方法,确定喷嘴内部结构的最优改进方案。其次,研究了射流过程参数对破土效果的影响,主要采用数值模拟和无量纲化分析的方法,确定了射流参数和破土效果之间的关系,得出有效靶距范围,确定射流角度的优化值。本文研究工作主要得出以下结论:(1)利用正交试验法进行数值模拟方案设计,可大大减少数值模拟次数和数据处理数量,并完全能够达到全面数值模拟的效果,节约大量时间和成本,对今后的数值模拟方案设计具有指导意义。(2)通过数值模拟的方法,研究了喷嘴内部结构对出口性能的影响。在喷嘴直径确定的条件下,影响喷嘴效率的主要因素是喷嘴收缩段长度和扩散角度,其次是喷嘴扩散段长度。根据数值模拟的结果,对喷嘴内部结构进行了改进,提升了喷嘴性能。(3)通过对多组模拟实验结果数据的无量纲化分析,同时根据射流破土临界压力理论,推导出破土临界压力与靶距关系方程,且由此方程计算得出特定条件下开沟机射流破土临界靶距,即在靶距小于140mm时,可认为射流破土是有效的。(4)固定几组靶距,对不同射流角度壁面所受总压力进行分析,得出了最佳射流角度,即当射流方向与壁面夹角为75°时,可认为壁面受力最大,破土效果较好,同时证明了破土效果并非是垂直射流时最好。