电力装备在长期服役过程中易受到环境腐蚀、机械应力及复杂运行工况的耦合作用，局部结构损伤问题较为普遍，严重时会影响电网系统的安全稳定运行。以高压电缆为例，接地系统检测结果表明，部分回路电阻异常主要由金属护套封铅失效引起，亟需一种高效可靠的现场修复技术。传统热铅钎焊及热喷涂等方法虽然已得到应用，但普遍存在热影响区大、氧化缺陷明显等局限性。冷喷涂技术通过高速固态颗粒撞击基体产生塑性变形实现沉积结合，可避免材料熔化及高温氧化，对基体热影响小，在装备维修领域具有良好的应用潜力。因此，开展面向电力装备修复的冷喷涂动力学建模与工艺优化研究具有重要意义。
针对电缆金属护套等复杂结构的修复需求，本文构建了冷喷涂气-固两相流数值仿真模型，对喷嘴内部及近基体区域的流场特性与颗粒动力学行为进行研究。模型基于计算流体力学与离散相方法耦合建立，实现对气体压力、速度、温度分布及颗粒运动轨迹的预测。通过实际测温数据对仿真结果进行验证，并考虑气动加热修正项对实验温度进行校正。结果表明，在不同输入气体温度条件下，模型预测的喷嘴出口气体温度与实验结果的误差均小于5%，验证了模型的可靠性。
在此基础上，针对电缆铝护套常见的曲面结构工况，分析了基材形貌对喷涂流场及颗粒运动行为的影响。仿真结果表明，与平板基材相比，曲面结构会在基体附近诱发弓形激波并改变局部流场分布，从而影响颗粒撞击行为。其中粒径较小的颗粒更易受到弓形激波形成的高压区影响而发生减速，粒径小于15 μm的颗粒速度衰减尤为明显。基于上述分析，对喷涂粉末粒径分布进行了优化，并在轧纹铝护套曲面沉积实验中进行了验证。实验结果表明，优化后的粉末参数能够显著提高沉积效率，所得涂层结构致密、厚度均匀且表面粗糙度降低。截面金相分析显示，Cu/Al界面结合紧密，无连续间隙。
最后，将优化后的冷喷涂工艺应用于高压电缆铝护套修复，包括轧纹表面沉积、表面磨损修复、弯折裂缝修复及贯穿孔洞修复等典型工况，实现了对破损区域的有效增材修复。性能测试表明修复涂层具有良好的结合强度和耐腐蚀性能，验证了该技术在电力装备原位修复中的可行性。
综上所述，本文构建了冷喷涂气-固两相流耦合模型，并通过数值模拟与实验验证相结合的方法，实现了复杂曲面工况下喷涂参数的优化。研究结果为电缆铝护套等电力装备的冷喷涂增材修复提供了理论依据和工程参考。未来将进一步结合机器学习方法，实现多参数耦合条件下喷涂工况的快速预测与优化，并推动便携式冷喷涂装备在电力系统现场运维中的应用。
 

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