表面处理工艺对基材涂层的附着性能和寿命有很大影响。目前,国内绝大多数修船企业主要采用人工喷丸打砂除锈作业方式。不仅作业效率低、除锈效果差,还存在对大气环境污染严重等一系列问题。超高压水射流可以用来切割材料和清除各种表面附着物,基本不会对所加工材料的力学性能产生影响,且具有能耗低、污染小、高效、低成本,易于操作等特点。目前为止,很多成套设备所采用的关于喷头的设计参数一般是通过参考国外同类产品的相关参数并结合现场经验确定,从而难以保证射流效率。当前,在优化射流性能、增加清洗效率的同时,选择合适的工作参数来降低各项成本已成为当务之急。本文针对超高压水射流中单束定攻角以及多束旋转射流的特征参数对射流效果的影响,以及对工作过程中旋转喷头上喷嘴布局对其的轨迹进行仿真分析。首先,根据超高压水射流除锈喷头的工作特点,考虑水的压缩性和空化效应,建立了单束定攻角、多束旋转喷头的三维模型,并进行模型有效性以及网格依赖性验证,通过对仿真与实验数据进行对比验证,可以看出数值计算结果和实验数据表现出良好的一致性,并且数值误差在理想范围内。然后,通过改变相关特征参数,如单束定攻角喷头模型中喷嘴内部的长径比以及收敛角和喷嘴外部的靶距和入射角度以及多束旋转喷头模型中喷头的旋转速度,开展了超高压水射流除锈喷头结构水动力性能仿真计算,得到多工况下超高压水射流的流场特性。最后对工作过程中的多束旋转喷头的扫掠轨迹跟踪,并分析扫掠区域不同位置的扫掠情况,从而协调喷嘴位置,喷头平移速度等影响清洗效果的参数,并得出喷嘴布局的基本思路,并对一种旋转平面清洗喷头进行布局设计。研究结果初步阐述了射流冲击剥离的机理,阐明了单束定攻角以及多束旋转射流的特征参数对射流效果的影响,为分析高速旋转射流分析提供了一种方法,并对超高压除锈喷头的设计、装配提出建议。