光滑粒子流体动力学SPH方法对热喷涂中粒子沉积过程的研究及应用

热喷涂是一项新兴的材料技术，具有广阔的应用前景。目前热喷涂的基础研究还远远落后于该技术的工程应用。本项目拟用光滑粒子流体动力学SPH方法研究熔化粒子在基板上摊开凝固的流体变形、流动和传热的过程。建立考虑表面张力、传热和凝固的SPH方程，将整个流场离散成一系列SPH粒子，这些粒子按力学和热学规律运动，避免了流体大变形问题常遇到的网格缠绕和扭曲的问题。用SPH数值模拟的结果揭示粒子飞溅、摊片形态和撞击前粒子的温度、速度、熔化度、基板温度等参数的量化关系。将SPH模拟和三维等离子喷射流、粒子在喷射流中飞行的研究相结合，整合为一套自主研制的热喷涂数值模拟系统，缩短我国在这个领域和发达国家的差距。模拟系统可以计算出粒子的熔化指数、氧化指数和摊片的飞溅指数。将这套自建的模型和计算得到的工程指数应用于我国的热喷涂事业中，可以优化工况、提高喷涂质量和技术的可再生性。