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摘要
目的 冷喷涂过程中喷嘴内流道关键尺寸是影响粒子加速的重要因素。虽然喷嘴下游长度与扩张比是喷嘴的2个最重要参量，但目前对喷嘴优化设计的研究仍有深入空间，比如喷嘴下游形状。方法 本文利用计算流体动力学的软件ANSYS/Fluent进行数值模拟研究，在与传统锥形下游相比较后，设计了钟形下游与喇叭形下游喷嘴。同时研究了喷嘴下游形状对气流与粒子加速行为的影响。结果 对于钟形下游喷嘴，其气流速度在过喉部后迅速增加到较高数值，随后变化缓慢；对于喇叭形下游喷嘴，其气流速度在过喉部后先增加缓慢，直至截面积开始快速增加时，气流速度迅速增加；喷嘴下游形状对粒子撞击基板时的速度有一定影响，且随着喷嘴下游长度和粉末粒度的变化而改变。对于Cu粉，当为下游100 mm短喷嘴时，锥形下游喷嘴对10～20μm的粒子加速效果最好。当粉末在20μm以上时，喇叭形下游喷嘴的加速效果最好。对于下游220 mm长喷嘴，钟形下游喷嘴对10～30μm的粒子加速效果最好。当粉末在30μm以上时，锥形下游喷嘴的加速效果最好。对于Al粉，当为下游220 mm长喷嘴时，钟形下游喷嘴对10～50μm的粒子加速效果最好，喇叭形下游喷嘴加速效果最差。结论 冷喷涂喷嘴下游形状对气体与粒子加速有显著的影响。
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