随着加工制造、化工和能源环境等产业的高速发展，直流电弧等离子体发生装置的应用越来越广泛，为了更好的设计和研究电弧等离子体发生装置，就需要对其进行相关的实验和数值模拟研究工作。　　 本文发展了基于磁矢量势描述的电磁场方程组与流体动力学方程组耦合求解的方法，相比基于电流密度积分求解磁场强度的算法可减少程序处理工作量，并结合FLUENT的UDF和UDS功能进行二次开发，使得FLUENT求解器具备了进行磁流体力学数值模拟的能力，为进行直流电弧装置的数值模拟工作提供了解决方案。　　 本文首先对自由燃烧电弧进行了数值模拟研究，获得了与实验结果基本吻合的温度场，且速度、电势、电流密度等的计算结果也接近国际同行的工作。这证明了基于磁矢量势描述的MHD方法对于等离子体电弧模拟是一种正确有效的方法。在本工作中，在电弧边界条件设置方面采用了相对参考文献更少的假设，更加符合实际的实验条件。　　 本文采用二维定常模型对带有弧长约束功能的直流电弧等离子体炬进行了数值模拟研究，并对不同电流和进气量的操作条件下等离子体炬工作状态和出口参数进行了详细研究。研究表明，对于电流和温度边界采用耦合边界条件可以有效地保持电极和流体交界面上电流和热流的连续性。采用耦合边界还可以避免在阴极尖端采用假定的电流密度和温度边界条件，且能够准确地预测出阳极弧根位置和弧电压。在定电流条件下，弧电压随质量流量升高而线性升高，等离子体炬出口处的温度分布在层流和湍流状态时分别保持在两种不同的水平上，但不随流量改变而改变；在定流量变电流的情况下，等离子体炬内部的加热和驱动作用随电流升高而增强，这会使得等离子体炬出口温度和速度同时提高。　　 本文还建立并使用三维非定常磁流体动力学模型进行了单一阳极等离子体炬内部电磁场、流场及温度场的求解。通过对多种不同电流、工作气体、进气方式的工况下的数值模拟研究，对于等离子炬内部的物理场分布有了更深入的认识，研究了内部电流密度、温度、速度等主要变量的分布特点。通过研究等离子体炬内部电流密度和温度分布等随时间的演化过程，深入地了解了等离子体电弧在阳极管道内运动的特点和物理机理。从电弧洛伦兹力合力力矩和传热的角度，分析了热射流运动等离子炬不稳定性的影响。