超音速火焰喷涂技术以其超高的焰流速度和相对较低的温度,在喷涂金属碳化物和金属合金等材料方面显现出了明显优势,成为热喷涂领域中的一项重要工艺方法。超音速火焰喷涂过程是一个十分复杂的过程,它涉及到燃料的燃烧、湍流现象、可压缩流动、气-固两相流动甚至是气-液-固三相流动以及亚音速／超音速之间的转变等许多物理化学过程。影响超音速火焰喷涂涂层质量的工艺参数众多,而且参数之间都彼此相互影响。借助数值模拟方法对超音速喷涂过程进行仿真,可以分析喷涂过程中的气体动力学和颗粒动力学,为提高涂层质量提供理论指导。本文以计算流体动力学软件Fluent为计算平台,采用Realizable k-ε湍流模型、离散相模型、单步反应机理的涡耗散模型以及8步反应机理的涡耗散概念模型,对以氧气为助燃气体,液体煤油为燃料,WC-17Co为喷涂粉末材料的JP-5000型的超音速火焰喷涂过程进行了仿真模拟。分析了在不同燃烧反应模型下气态流场中温度、速度、马赫数、压强以及各气体组分的变化规律。通过加入离散相模型,对WC-17Co粉末颗粒的飞行轨迹、颗粒速度和温度进行了研究,得出了燃烧模型、颗粒直径、颗粒形状与颗粒注入速度对颗粒飞行轨迹、颗粒速度和温度的影响规律。本文旨在为优化超音速火焰喷涂工艺参数提供一些理论指导。计算结果表明,燃烧模型会影响整个气体流场的分布,从而也就影响了喷涂颗粒在气体流场中的动力学行为。当氧气质量流量为0.022kg/s,液态煤油质量流量为0.007kg/s时,涡耗散模型(EDM)预测燃烧室内的最高温度为3250K,压强能达到9.65个大气压,经喷管加速后,焰流在喷枪出口处的速度为2260m/s左右；涡耗散概念模型(EDC)预测燃烧室内的最高温度为3280K,压强能达到6.56个大气压,经喷管加速后,焰流在喷枪出口处的速度为2550m/s左右。综合考虑颗粒直径对飞行轨迹、颗粒速度和温度的影响,较适合的颗粒直径范围为10-40μm。适宜的颗粒注入速度范围为10-15m/s,小直径的颗粒最优注入速度约为15m/s,大直径的颗粒最优注入速度约为10m/s。