随着对海底资源开采力度的不断加大,未来我国海底管道及电缆敷设等挖沟等工程将日益增加。水力喷射式挖沟相比传统机械挖沟具有结构简单、污染小、挖沟效率高等优点在浅海工程中所占的比重越来越大。常规水力喷射式挖沟机用锥形喷嘴形成连续射流,依靠射流的动压力来完成挖沟,当土层强度变高时,射流的冲蚀效果变差,挖沟效率会降低。喷嘴是水力喷射式挖沟机冲蚀部分的关键部件,因此,要想提高冲蚀效率,研究冲蚀能力更强的射流和相应的喷嘴结构十分重要。本文在调研了大量水射流相关理论及技术应用资料的基础上,将空化射流引入到海底挖沟领域。理论上分析了空化射流用于浅海海底挖沟是可行的,并初步设计了锥形喷嘴、旋转射流喷嘴以及缩扩形喷嘴模型。采用Fluent软件对所设计喷嘴对应的喷射流场进行了数值模拟对比分析,结果表明,模拟海底挖沟水力参数条件下,缩扩形喷嘴产生的射流的特性相对最好。其中,锥形喷嘴直射流在大喷距下射流速度有优势但冲击域过小,旋转射流的冲击域有优势但射流速度过小,缩扩形喷嘴射流在大喷距条件下的的冲击区域相对最大。模拟发现,缩扩形喷嘴可以诱发空化射流,且喷嘴结构参数（喉道长度Ld,扩散段长度Le,扩散角β,其中d₀为喉道直径）过大或过小都对射流的空化产生不利影响,模拟优选出的喷嘴结构参数为:Ld=3 d₀,Le=4 d₀,β=30°。基于数值模拟设计了锥形、旋流和缩扩喷嘴的结构及尺寸,并进行了变喷距变移速冲蚀对比试验,砂样依据环渤海近海海底不同土层强度情况制备,直剪强度分别为30kPa、50kPa、80kPa。试验结果表明,模拟现场水力参数下,相对于锥形喷嘴和旋转射流喷嘴,缩扩形喷嘴的冲蚀效果最好,优选出的缩扩形喷嘴结构参数与数值模拟得出的一致。对比锥形喷嘴试验表明,缩扩形喷嘴对50kPa砂样冲蚀,喷距为6.6 d₀²0 d₀,冲蚀体积最大可提高894%。针对喷嘴结构的放大对比试验,缩扩空化射流冲击80kPa砂样,在喷距15 d₀²0 d₀下,冲蚀体积比锥形射流最大可提高73.8倍。试验结果体现了空化射流对硬质土层的冲蚀优势。综合模拟及试验结果,制定了挖沟机喷嘴组合间距的布置方案。本文可为空化射流用于海底挖沟工程提供参考和依据。