1、超音速火焰噴涂包含著一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,噴涂過(guò)程控制參數(shù)復(fù)雜,影響因素眾多并存在交互作用。因此為了提高涂層的性能,除了大量的試驗(yàn)探索分析之外,還需要對(duì)噴涂中的過(guò)程機(jī)理有一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)。借助數(shù)值模擬的方法對(duì)超音速火焰噴涂過(guò)程進(jìn)行仿真,能更加深入的理解焰流與粒子間的動(dòng)量、熱量交換過(guò)程以及焰流和粒子飛行的熱物理、流體力學(xué)機(jī)理,為提高涂層性能提供理論指導(dǎo)。
　　 本文采用FLUENT流體力學(xué)數(shù)值模擬軟件,基于有限體積法,以流體

2、力學(xué)建立起數(shù)學(xué)模型,對(duì)以實(shí)驗(yàn)室自行研發(fā)的TJ-9000型噴涂系統(tǒng)為基礎(chǔ),以氧氣為助燃?xì)怏w,丙烷為燃料,WC-12Co為噴涂粉末材料的超音速火焰噴涂過(guò)程中焰流及粒子的飛行傳熱過(guò)程進(jìn)行了仿真模擬。其中包括單獨(dú)對(duì)連續(xù)相的焰流的特性和流動(dòng)行為模擬和離散相的噴涂粒子與連續(xù)相的焰流之間的耦合模擬兩個(gè)部分。
　　 當(dāng)氧氣和丙烷的總質(zhì)量流速為16g／s,質(zhì)量比例為3.5時(shí),焰流溫度能達(dá)到3000K以上,焰流速度1800m／s左右。由于噴槍壁面的

3、冷卻及粘滯阻力的作用,焰流的各氣動(dòng)參量在其橫截面分布并不是均勻的,表現(xiàn)為焰流中心最高,沿徑向逐漸減小。焰流由于湍流的特性,存在這很明顯的徑向速度,并且在自由射流階段的前半段和靠近基體的位置較大,這會(huì)對(duì)噴涂粒子的飛行行為造成很大的影響。
　　 助燃?xì)怏w／燃料的質(zhì)量比例n對(duì)焰流的溫度和速度均有較為顯著的影響,n與二者呈拋物線的變化關(guān)系,因此對(duì)二者存在著一個(gè)最優(yōu)值。在HVOF常用的氧氣／丙烷組合中,最優(yōu)值n=3。助燃?xì)怏w／燃料的總流量

4、Q對(duì)焰流的速度有較為顯著的影響,表現(xiàn)為焰流速度隨著Q的增大而增大,但其對(duì)焰流溫度幾乎沒(méi)有影響。從提高焰流速度考慮選取合適的n和增大Q均可,但要提高或降低焰流的溫度較可行的是通過(guò)調(diào)整助燃?xì)怏w和燃料的比例n來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　 小粒徑的粒子溫度和速度的變化對(duì)焰流都具有很強(qiáng)的跟隨性,表現(xiàn)為升得快也降得快,隨著粒徑的增大這種跟隨性逐漸減弱。由于焰流的湍流特性和徑向速度的存在,當(dāng)粒徑小于一定范圍時(shí)粒子會(huì)隨焰流一起沿徑向飛行而不能到達(dá)基體。并且當(dāng)