对于直流电弧等离子体喷涂而言,涂层质量主要取决于喷涂颗粒沉积前的温度与速度。因此,了解颗粒在等离子体射流中的运动轨迹以及加热加速过程,对制备高性能涂层和优化工艺参数具有重要意义。由于直流电弧等离子体喷涂是一个涉及传热、流动、电磁场等方面的复杂问题,且其发生器内部空间狭小、电弧与射流的温度与速度很高,故采用理论分析与实验测量的手段均很难全面地揭示直流电弧等离子体喷涂的流场特性及喷涂颗粒的加热加速过程,而采用数值模拟的手段不仅可以避免实验测量所需要的高昂费用和理论分析所遇到的困难,而且具有很强的过程揭示能力,可以全面地了解直流电弧等离子体喷涂的流场特性及喷涂颗粒的加热加速过程。本文基于直流电弧等离子体喷涂A1203颗粒的实际工况,建立了包括阴阳极在内的等离子体喷涂三维计算模型,并采用计算流体软件Fluent对其进行了数值模拟。在模拟期间,利用C语言编写用户自定义标量(UDS)和用户自定义函数(UDF)对Fluent软件进行二次开发,不仅实现了通过调整阴极电压值使等离子体喷枪功率等于实际功率,而且完善了Fluent软件中描述颗粒加热加速过程的离散相模型(DPM)。数值模拟得到了直流电弧等离子体发生器与纯射流的各种流场分布,以及A1203颗粒在等离子体射流中的运动轨迹与加热加速过程。此外,本文利用SprayWatch3i对A1203颗粒沿等离子体喷枪轴线的温度与速度进行了实验测量,通过与模拟结果的对比与分析,证明了三维物理模型和数值模拟结果的合理性。