采用前混合磨料水射流对Q235碳素结构钢进行切割实验,测量样品切口表面粗糙度;研究前混合磨料水射流的切割压力、喷嘴出口直径、切割靶距、切割速度和切割深度对样品切口表面粗糙度的影响规律;结合实验数据,建立表面粗糙度二次非线性回归预测方程。研究结果表明:前混合磨料水射流的切割压力、喷嘴出口直径与表面粗糙度呈负相关关系;切割靶距、切割速度、切割深度与表面粗糙度呈正相关关系;各因素的影响权重大小依次为:喷嘴出口直径、切割深度、切割压力、切割速度、切割靶距;影响表面粗糙度的实质因素为磨料流量和磨料能量;建立的表面粗糙度二次非线性回归预测方程的平均偏差为7.99%。

前混合磨料水射流与后混合磨料水射流相比，磨料粒子速度松弛情况和混合均匀性好得多。磨料在系统中加速情况影响系统的能量传递效率和切割能力，加速过程可分为管内加速、喷嘴加速以及喷嘴外流场核心段加速三个过程。本文应用液固两相流理论，对喷嘴外流场磨粒进行受力分析，建立外流场加速模型，研究表明，磨料粒子在喷嘴外流场核心区加速，达到速度最大值，在过渡段和空气掺混，粒子速度下降，在喷嘴外流场速度松弛比大于喷嘴内流场，但喷嘴外流场核心段速度增量远远小于喷嘴段。

对穿透不同材料固体时，切割深度、宽度等随靶距的变化进行试验研究，并从理论上分析前混合磨料高压水射流最佳切割靶距。最后求解出切割过程中，靶距与切割深度的公式，并得出可在切割介质中添加高分子聚合物的结论。