金属纳米材料不仅可以作为火箭推进剂和炸药的基本成分,在催化、医药技术、生物分子检测、等离子体光学等方面也有着广泛的应用。金属丝电爆炸法制备的纳米颗粒具备纯度高,尺寸和形状可控且不易成团等优势。鉴于铝纳米材料巨大的应用价值以及电爆炸法高产的优良特性,氛围气体中金属丝电爆炸制备纳米颗粒的实验研究和数值模拟受到广泛关注。为了深入理解包括热力学、磁流体力学以及纳米颗粒生长机制在内的复杂物理过程,开展数值模拟研究具有十分重要的意义。对于氛围气体中金属丝电爆炸制备纳米颗粒物理过程的数值模拟,需要建立宽温度、密度范围的物理数学模型。目前,尚未建立起较为成熟的能够描述从固态金属丝到金属纳米颗粒整体过程的模型。本文采用分阶段数值模拟方法,建立氛围气体中金属丝电爆炸制备纳米颗粒的物理数学模型。模型主要包括金属丝相变的热力学模型、等离子体与氛围气体碰撞的磁流体力学模型以及纳米颗粒生长的动力学模型,上述模型通过温度和压强两个关键参量进行耦合。其中,磁流体力学模型主要描述等离子体中离子、电子和氛围气体的演化过程;纳米颗粒生长过程模型主要包括均相成核、表面生长和碰撞凝聚三种作用。基于上述模型,本文开展氩气中铝丝电爆炸制备纳米颗粒的数值模拟研究,分析金属丝相变过程中温度和沉积能量与氛围气体压强的关系,等离子体中带电粒子的粒子数密度、温度和膨胀速度等关键流体参量的变化趋势以及饱和度比、成核速率和粒径分布等纳米颗粒关键特性的变化规律。重点研究纳米颗粒最终的粒度分布,并与相关实验结果进行对比、分析。在此基础上,研究影响纳米颗粒粒度分布的主要因素,分析等离子体线密度、氛围气体压强、冷却速率和沉积能量等因素对纳米颗粒粒度分布的影响。压强和等离子体线密度增加,纳米颗粒尺寸增大,粒度分布范围变宽。与之相反,冷却速率和沉积能量增加,纳米颗粒粒径变小。氛围气体中金属丝电爆炸制备纳米颗粒的数值模拟研究对认识在不同条件下金属丝电爆炸形成纳米颗粒的物理过程具有重要意义。