随着计算机技术的发展和有限元理论的逐步完善,数值模拟方法已成为流体机械优化设计的一种重要手段。本论文针对新研制的旋转磨料射流套管开窗工具,采用数值模拟的方法,对工具进行结构优化和尺寸设计。旋转磨料射流套管开窗工具的核心部件为旋转射流喷嘴和导叶轮。从喷嘴和导叶轮的几何尺寸以及基本特性分析可以看出,叶片数、出口导向角以及喷嘴直径等参数是影响旋转磨料射流效率的主要因素。运用数值方法,对不同的叶轮喷嘴组合进行模拟,得出旋转射流结构特性以及各因素对旋转射流扩散角的影响规律;通过对单个磨料颗粒冲蚀套管的模拟,得出套管的应力、应变变化过程,磨料颗粒的位移、速度变化过程,以及各因素对冲蚀坑深度的影响规律;通过对旋转磨料射流套管开窗工具的全尺寸模拟,得出喷嘴内外液固两相流场的分布规律以及旋转磨料射流对套管的冲蚀破坏过程。最后对叶轮喷嘴的参数进行结构尺寸优化,优选出了满足开窗要求的叶轮和喷嘴,并将模拟结果和实验结果进行对比,验证了模拟结果的正确性。