IN718冷喷涂工艺中不同喷嘴几何结构的建模与飞行诊断研究：粒子轨迹与残余应力的关联分析

本文系统研究了IN718冷气喷涂(CGS)工艺中三种商用喷嘴几何结构对粒子轨迹和沉积特性的影响。通过结合计算流体力学(CFD)建模与冷喷涂测量仪(CSM)、HiWatch系统等诊断工具，揭示了轴向/径向粉末注入方式对粒子速度（300-1200 m/s）和温度（950℃/4MPa工况）的调控机制，为燃气轮机部件修复中的残余应力控制提供了关键数据支撑。

　　

Highlight

轴向与径向粒子注入的粒子速度对比

本研究重点分析了不同粉末注入方式对粒子动力学的影响。计算模型对比显示，径向注入方式（与实际Impact 5/11设备匹配）相比轴向注入能显著提升粒子整体速度（提升约15%）和温度分布。这一现象归因于非对称流场中径向速度分量引发的额外动能传递，与HiWatch系统（高速粒子图像测速仪）的实测数据误差<5%，验证了模型的可靠性。

结论

通过三维CFD模型与实验诊断的结合，首次在950℃/4MPa的极端工况下解析了IN718冷喷涂的"沉积窗口(WoD)"特性。研究发现：1）喷嘴扩张段长度与喷斑尺寸呈非线性关系；2）径向注入产生的冲击波结构虽未显著影响粒子分散度，但通过提升粒子温度（约50℃）优化了绝热剪切失稳(ASI)效应；3）原位曲率测量揭示压缩残余应力与喷斑尺寸正相关，为航空发动机叶片修复工艺提供了量化依据。

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