激光熔覆作为一种先进材料表面改性技术,已广泛应用于航空航天,船舶,汽车等领域。送粉系统是激光熔覆系统中的重要组成部分,粉末颗粒的流动特性是影响送粉系统效率、精度的关键因素,本文针对送粉系统中同轴送粉喷嘴气粉流汇聚性差和微米级颗粒在细管中流动特性研究不足等问题,采用CFD-DEM耦合数值模拟方法对粉末颗粒在送粉管路和同轴送粉喷嘴中的流动特性进行仿真模拟,研究送粉工艺参数、粉末物性参数和管的结构参数对粉末流场的影响,并对同轴送粉喷嘴气粉流汇聚性进行影响因素分析和参数优化,通过CCD相机拍摄和激光熔覆试验对仿真结果进行验证。不同工艺参数条件下粉末流动特性模拟分析发现,粉末在流经弯管时存在的“颗粒束”和“二次流”等现象;粉末与管壁一次碰撞极角为13°～18°,二次碰撞极角为43°～48°,但弯径比增加将导致碰撞极角减小;气相压降与粉末粒度、管径呈负相关,与送粉量、载气流量、弯径比呈正相关,与粉末密度不相关;颗粒速度随粉末粒度、粉末密度、管径增大而减小,随载气流量增大而增大,而载气流量增加也会引起二次流速度和气相湍动能增大;颗粒碰撞主要发生在弯管段,颗粒碰撞次数越高代表颗粒能量损失越严重;在粉末输送过程中,为避免引起粉末沉积和能耗损失严重等问题,参数选取范围应满足载气流量高于9L/min,送粉量低于25g/min和粉末粒度低于100目的条件。分析载气流量、送粉量、粉末粒度和粉末密度对气粉流粉末浓度分布的影响规律表明,在汇聚平面X方向,粉末浓度分布近似呈现高斯分布,载气流量增加导致喷嘴中轴线Y方向的粉末浓度降低且降低趋势逐渐平缓,同时也会引起粉末焦距降低;随着送粉量增加,沿喷嘴中轴线Y方向和汇聚平面X方向的粉末浓度均增大,且增大速率基本相似;粉末粒度和粉末密度的增大均将导致粉末浓度升高,但粉末粒度在100目-150目时,粉末焦距与粉末粒度呈正相关,在150目-250目时,粉末焦距与粉末粒度呈负相关。采用响应面法和Box-Behnken试验设计方法建立了同轴送粉喷嘴气粉流预测模型,并根据单因素平面关系图和多因素三维交互影响关系图直观的体现了工艺参数对响应量的显著影响;利用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对气粉流汇聚性进行了参数优化,优化结果为:载气流量12.6L/min,送粉量19.20g/min,粉末粒度150目,焦点直径3.68mm,发散角6.40°,焦点平均浓度5.74kg/m~3,根据优化结果进行仿真试验,仿真试验值与模型预测值误差低于5%。粉末输送过程CCD相机拍摄图像分析表明,粉末流形拍摄图像与仿真粉末流场形相似度较高,验证了数学模型准确性;通过进行Q235表面激光熔覆304不锈钢涂层试验发现,采用优化后的送粉参数较优化前粉末焦点直径降低了9.15%、发散角降低了16.28%,试验结果与仿真试验结果相近（误差小于10%）,采用优化后送粉参数进行激光熔覆后可获得稀释率为12.71%、宽高比为4.6的理想熔覆层,表明送粉参数优化后可提升同轴送粉喷嘴送粉性能,改善熔覆层质量。