摘 要: 运用 FLUENT 软件，在气体-颗粒两相流基础上，计算了纯氧气、空气、氧-空气联合助燃 3 种情况下超音速火焰喷涂的燃烧特性。结果表明: 纯氧气助燃时燃烧充分，焰流温度高，但氧气质量流量增加对焰流温度影响很小; 空气助燃时所用空气流量大，导致燃烧室压力大，故适宜喷涂低熔点、易氧化粉末材料; 氧-空气联合助燃时，氧气含量越大，焰流能达到的最高温度越高，但当氧气含量达到一定比例后可完全替代纯氧助燃; 助燃气体中氧气含量的不同间接影响燃烧产物成分分布。
关键词: 超音速火焰喷涂; 助燃条件; 燃烧特性; 两相流
超音速火焰喷涂( HVOF) 作为一种制备高质量涂层的表面技术弥补了爆炸喷涂的一些不足［1］，但由于其耗气量大，使用成本高，限制了推广应用。超音速火焰喷涂的燃烧特性，会直接影响喷涂粒子在火焰中的驻留时间、喷涂粒子的加速、粒子温度( 软化、熔化) 等，而粒子的这些状态决定涂层质量高低［2，3］。
在保证涂层质量前提下，降低 HVOF 使用成本是科技工作者攻关的主要目标。可通过两条途径达到此目的: 一是降低氧气和燃料消耗如 Top Gun ( T-G) 高速火焰喷枪使燃气消耗降低到仅为普通超音速火焰喷涂的一半［4］; 二是 HVAF ( High-Velocity Air-Fuel) 技术，用空气代替氧气作为助燃剂，既提高火焰喷涂的安全性，又大大降低成本［5-7］。王志健［8］等在气体和粒子两相流的基础上对空气超音速火焰喷枪气流及粒子速度场和温度场进行了数值仿真，揭示了超音速喷涂焰流速度场和温度场的变化规律。侯根良［9］等在液体火箭发动机原理的基础上，计算得到了 KY-HVO( A) F 多功能超音速火焰喷涂系统不同混合分数下燃气成分与温度的变化规律。
利用 FLUENT 软件，考虑喷涂粉末 NiCr-25% Cr3C2与气流间作用，建立二相流动控制方程，研究纯氧助燃、空气助燃及氧-空气联合助燃 3 种不同助燃条件下超音速火焰喷涂的燃烧状态。考察助燃条件对超音速火焰喷涂火焰燃烧特性的影响规律，为喷涂粒子的加热、加速及降低喷涂成本提供理论依据。
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