张 蕾 陈洪胜 刘建和 杨佳斌 刘云龙 武晋德

1（太原科技大学 材料科学与工程学院 太原 030024）

2（太原理工大学 机械与运载工程学院 太原 030024）

氧化钇部分稳定的二氧化锆（Yttria Partially Stabilized Zirconia，YSZ）由于具有断裂韧性高、热导率低、与金属基体热膨胀系数匹配性好等特点，而被广泛用作核电军工、航空航天等领域的热障涂层（Thermal Barrier Coating，TBCs）材料［1-4］。作为表面处理普遍使用的工艺方法之一，热喷涂工艺方法主要包括等离子喷涂、火焰喷涂、高速氧气燃料喷涂等，热喷涂中的等离子射流中心温度能够达到20 000 K以上，因此，喷涂材料的选择不受限制［5-6］。对于高速制备的陶瓷涂层而言，等离子喷涂有较高的沉积效率，目前广泛用于制备核电军工及航空航天领域的热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBCs）［7-8］。等离子射流具有温度高、覆盖区域窄且薄的特点，因此很难直接使用设备仪器来测量射流及其内部飞行粒子的物理量（速度、温度等），目前，普遍使用探针来进行直接测量。然而，在实际服役工况下，仪器设备测量尚且停留在实验研究阶段，其主要原因是仪器很难到达等离子火焰内部。因此，模拟成为现今研究等离子射流整体及内部多物理场的主流方法之一。

对于等离子体射流内部的电弧形成过程，不仅涉及流体流动和传质传热过程，还应考虑电场和磁场。目前，通过耦合电场、磁场，常用的一些模拟等离子体多物理场耦合行为的商业软件包括：多物理场 仿 真 软 件COMSOL［9-11］、计 算 流 体 动 力 学（Computational Fluid Dynamic，CFD）软件（通过用户自定义物理参数）［12-14］；使用ANSYS Fluent 软件来考虑电磁场耦合流体和传热［15-18］。……