激光熔覆技术是一种在工程中可广泛应用的增材制造技术,送粉式激光熔覆过程中,高能激光束加热基板产生熔池,受热颗粒进入熔池经冷却形成熔覆层。熔池-激光-粉末的交互作用和线-面-层沉积过程中复杂的温度历程影响熔覆层的几何尺寸、加工效率与综合性能。送粉过程中的粉末利用率波动、热物性参数变化和多道次沉积过程中的热量积累现象会直接影响熔覆层质量,对激光熔覆技术众多工艺参数的分析涉及复杂的多物理场耦合作用机理,对金属粉末颗粒和熔池内部流动的实验观测受限于颗粒数量与高温特性,通过数值模拟技术可对激光熔覆过程中的粉末流场、熔覆层内流体流动和传热过程进行计算分析。基于欧拉-拉格朗日法描述并建立粉末流场模型,计算分析载气流量、金属粉末颗粒速度、颗粒入射方向、金属颗粒粒径等参数对粉末流的汇聚特性和颗粒温度的影响。计算结果表明:载气流量对两相流体汇聚距离的影响较小,不同入射方向和速度的粉末颗粒的利用率随载气流量变化呈现较大差异,发生偏转的颗粒降低了粉末利用率,不考虑粉末团聚等现象时减小颗粒粒径可提升粉末利用率,较小粒径、靠近光束中心和拥有足够激光作用时间的颗粒群可获得更高的平均温度。建立熔覆层演化的数值模型,基于任意拉格朗日欧拉法描述并计算熔池自由液面,计算分析熔池内部流体流动对熔覆层形貌和传热过程的影响,计算结果表明:表面张力驱动熔池内部发生对流,改变了熔覆层的形貌和温度分布。当表面张力温度系数为负时,流体由熔池高温中心向熔覆层边缘流动,增加了熔池的宽度和长度。当表面张力温度系数为正时,流体由熔覆层边缘向熔池高温中心流动,熔覆层内部对流增强了熔深方向上的热量传递,增加了熔池的深度。对粉末流汇聚特性进行模拟研究,计算结果表明:送粉管径、汇聚角度和层间提升量影响粉末流的汇聚特性和颗粒温度。粉末流汇聚特性恒定时,熔覆层的宽度和高度随激光功率的增加而增加,随扫描速度的增加而降低。时变的粉末利用率影响熔覆层形貌和沉积过程中能量的再次分配。