海底管道射流式挖沟机作为海底油气运输工程中的重要装备,作用是执行挖沟和埋管作业,完成对海底管道保护的任务,从而保证海底管道正常的输送工作。本文主要设计了一台海底管道射流式挖沟机,对其进行总体机构方案研究和喷射臂性能研究。根据射流式挖沟机的的设计指标、性能要求及影响挖沟机性能的因素分析,确定了挖沟机的总体结构方案;结合总体结构方案确定了挖沟机水下作业的工作原理和工作流程;完成了吸泥回填系统和喷射臂的结构方案设计,并对喷射臂上的锥直型喷嘴进行破土理论分析。针对锥直型喷嘴物理模型,建立了锥直型喷嘴流场模型,利用Fluent软件进行CFD仿真分析,选用OSF设计取样方法对喷嘴结构中的3个尺寸参数进行取样,并通过所选设计点建立Kriging近似模型,以Isight软件优化解算模块为平台,采用NLPQLP算法对锥直型喷嘴进行喷嘴出口速度目标优化设计,并从敏感性、相关性、响应面方面对优化结果进行分析。根据常见的三种喷射臂结构,结合圆筒形喷射臂和梯形喷射臂设计一种锥筒形喷射臂并建立内部流场模型,利用ICEM对挖沟机喷射臂的内部流场模型进行网格划分,通过Fluent软件对喷射臂的内部流场模型进行CFD仿真,并进行网格无关性和计算步无关性分析;通过增加喇叭口结构对喷射臂进行改进,将改进后喷射臂与改进前进行内部流场性能对比,为喷射臂结构的研究提供一定的参考依据。通过引入余弦型和弧直型两种新型喷嘴,研究喷嘴内部流线对射流性能的影响,使用Fluent软件对余弦型、锥直型和弧直型三种喷嘴进行CFD仿真分析,对三种喷嘴在中心轴线和外流场出口面的射流速度变化进行对比研究,并在不同压强和不同尺寸规格下对三种喷嘴的流场性能进行了对比分析,为之后挖沟机新型喷嘴的研究提供可用的参考依据。