前混合水射流喷丸表层改性技术是一种应用前景广阔的金属工件表面处理技术,具有能量密度高且集中、改性范围广等优点。改性效果取决于射流束能量场的分布,而能量场与丸粒速度场密切相关。当前,前混合水射流丸粒速度分布研究中仍存在理论及试验验证等难点问题,造成射流速度分布特征未能得到较为精确的解析或数值解,影响到后续工程应用中覆盖率以及靶距的确定。本论文采用数值模拟与试验相结合的方法对前混合水射流中丸粒速度场进行研究,并分析了各类参数对丸粒速度的影响规律。基于以上内容,主要开展了以下研究:首先进行前混合水射流数值模拟研究,基于CFD-DEM耦合方法模拟了前混合水射流喷嘴内外流场的三相流动,在考虑颗粒碰撞作用的前提下,实现了颗粒与流体之间相互交换动量、能量的双向耦合。其次设计并搭建了前混合水射流喷射系统,通过试验确定了射流束流动过程中的基本参数,为后续仿真模型的构建提供数据支撑。试验结果表明:前混合水射流喷射过程中,喷嘴入口压力存在稳定期,且在压力稳定期内,丸粒质量流量、混合比基本保持不变;混合比并不会随着喷嘴入口压力的变化而发生明显变化,并且可以通过调节阻尼比来调配混合比。接着基于流体力学知识,推导得到丸粒质量流量理论公式,并进行试验验证,结果表明理论值与仿真值差异在8%以内,验证了理论公式的正确性,这为得到不同工况下的丸粒质量流量提供依据。然后利用前混合水射流PIV专用实验台,对前混合水射流中丸粒的速度分布进行了试验测试,将试验结果与数值模拟结果进行对比,结果表明试验与仿真结果差异在5%以内,验证了仿真建模的正确性。最后在CFD-DEM耦合方法基础上,展开了一系列单因素条件下的仿真研究,得到了丸粒最大速度与喷嘴入口压力的解析经验公式,以及丸粒最大速度随各个因素的变化规律,结果表明:前混合水射流中丸粒最大速度随着喷嘴入口压力、喷嘴出口直径的增大而增大,随着混合比、丸粒直径、丸粒密度、喷嘴长径比、喷嘴锥角的增大而减小。本文得到了前混合水射流喷嘴外流场中丸粒的速度分布规律及流动参数、丸粒参数、喷嘴结构参数对丸粒速度分布的影响规律,对揭示前混合水射流表层改性机理,提高表层改性能力及制定改性工艺参数具有一定的指导意义。