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冷喷涂气-固两相射流过程的数值模拟研究的综述报告
冷喷涂气-固两相射流过程的数值模拟研究综述
冷喷涂（coldspray）是一种利用高速喷射的气体将具有一定粒径和温度的固体粉末喷射到另一物体表面，形成涂层的表面工程技术。冷喷涂技术具有高温喷涂涂层无法比拟的几个优点，如能够涂覆热敏感的材料、不产生热应力和仿生涂层等。而冷喷涂技术对喷涂过程的稳定性和涂层质量要求较高，从而需要进行数值模拟。
气-固两相射流是冷喷涂技术中的基本涂层成型过程，其涉及气体在喷枪中的加速和传输，粒子在气体中的加速和转移，以及粒子在撞击基板后的形变和堆积等一系列复杂的过程。数值模拟研究可以尝试利用不同的流体力学模型和颗粒物理学模型来预测热力学、动力学和几何学特性等。
早期的研究多数采用分别对喷枪和喷发端进行模拟，这种方法虽然可以模拟出流动和喷射角度，但不能准确地预测颗粒在过程中的加速和沉降等物理特性。之后，基于计算流体力学的Eulerian-Eulerian模型得到普遍应用。该模型假设气相和固相是两个超额流相，而不是两个不同的相。该模型的优势在于能够准确地对气体和粒子相互作用进行建模，并计算颗粒的加速度和沉降速度等。近年来，很多学者针对该模型的局限性，如忽略了颗粒与气体因空气动力学和热力学的相互作用，提出了改进的方法，如Eulerian-Lagrangian模型、能量耦合模型、精细数值方法模型等。
另一种被广泛使用的数值模拟方法是离散元方法。离散元法模拟粒子的运动和互动，通过计算韧性、弹性、摩擦和撞击等属性来描述粒子之间互相作用的力学行为。该方法在预测粒子之间互相作用和涂层成形过程中的粒子形态、堆积等领域中有很大的优势。
综上所述，数值模拟在冷喷涂气-固两相射流过程中起着重要作用。虽然目前已经有许多可行的模型，但各个模型仍存在一些缺陷，如计算精度不够高等，因此，未来需要进一步提高模型的精度以及开发更多可靠且高效的数值模拟算法。