近年来中科院力学所等单位成功地产生出噪声低、稳定性好、参数轴向梯度小、对环境气体卷吸弱的层流等离子体长射流，从而有望从根本上解决湍流等离子体射流用于材料加工时噪声污染严重、工艺重复性差、金属材料氧化严重等问题，预期在喷涂、熔凝及熔覆等材料加工中有良好的应用前景。因此，有必要对层流等离子体长射流特性及其产生过程进行深入的研究。以此为研究背景，本学位论文采用数值模拟方法，对直流电弧层流等离子体发生器与层流等离子体长射流的特性以及颗粒在层流等离子体长射流中的运动与加热进行了系统性的研究。 由于电弧等离子体发生器中存在着电磁场、电极过程、等离子体流动与传热等之间的复杂相互作用，其数值模拟至今仍是挑战性很强的课题。本文针对中科院力学所实验中实际使用的层流等离子体发生器，对其内部的流动与传热特性进行了初步的二维与三维数值模拟研究。由于发生器结构比较复杂等原因，数值模拟还不能给出与实验数据良好符合的结果，需要在今后的研究中加以改进。 本文采用组合扩散系数法处理氩与空气之间的扩散，对层流等离子体长射流特性进行了细致的二维与三维数值模拟研究。考察了发生器弧电流、工作气体流量、环境气体种类对层流等离子体长射流特性的影响，并与已有的一些实验结果进行了对比。研究结果表明，层流等离子体长射流虽然对环境空气卷吸较弱，但其下游仍可能含有相当多的空气；侧向喷射的载气在射流中引起明显的三维效应并影响原料颗粒在射流中的运动与加热，但层流等离子体长射流能够承受侧向喷射的冷载气的冲击，原料颗粒仍然可以用载气携带侧向喷射于射流中。 本文也对球形与非球形金属颗粒以及球形陶瓷颗粒在层流等离子体长射流中的运动轨迹与加热历程进行了数值模拟研究。研究结果表明，侧向喷射载气的三维效应使颗粒在射流中穿入更大的深度；热泳力对颗粒运动的影响不大；扁长椭球颗粒的行为与等体积球形颗粒的相近，而扁圆椭球颗粒的穿入深度则比等体积球的要小；在等离子体射流中陶瓷颗粒内部可能出现巨大的温差，依赖于环境参数，陶瓷颗粒的表面温度可以高于或低于其中心温度。 目前文献中关于层流等离子体长射流的研究还很少。本文研究有助于加深对层流等离子体长射流特性及其产生过程的了解，并促进其实际应用。