电弧加热等离子体射流具有很高的温度和能流密度，常用于高工艺速率的材料加工工艺。由于电弧放电过程极为复杂，其状态的精确控制很困难，通常，在大气压条件下产生的非转移式直流电弧等离子体射流，基本上处于湍流流动状态。近年来作者所在实验室在大气压环境下产生出流动稳定、射流高温区长、噪音低的非转移式直流电弧层流氩等离子体射流，并初步展示了其用于喷涂、金属表面熔凝和熔覆等工艺的可行性，以及优于湍流射流的工艺稳定性和可控性。由于成功产生这类层流射流的报道不多，在本研究之前，基本上查不到对其特性的系统研究报告。因此，本学位论文工作采用以实验诊断为主的研究方法，对上述层流等离子体射流产生过程的影响因素和射流特性，以及向湍流射流转变的条件，做了较为系统的研究，得到了一系列新的研究结果。　　 本文的研究结果表明，射流长度随工作参数的改变而明显变化，是层流等离子体射流区别于湍流射流的重要表观特性。在弧电流不变的条件下，随着气流量的增加，射流由层流向湍流流动状态逐渐过渡；随着弧电流的增加，对应于流动状态转变的气流量值提高。改变发生器的电弧通道直径，发现在直径3mm的小通道条件下，射流由层流开始向湍流转变的气流量比4mm通道直径时更高。由于等离子体射流流场中存在极大的参数梯度，并且其输运系数常随温度非单调变化，很难用单一的宏观无量纲数来表征等离子体射流流动状态的转变。对弧电压、射流发射谱线强度和动压进行了动态测量，发现整流电源自身高达24％的纹波值并不影响层流射流的产生，这不同于层流射流的产生需要高稳定电源参数的以往认识；除电源300Hz波动的影响外，以上各参数同时存在2.5-4.5kHz的高频脉动是湍流射流的特征，这可能是电弧弧根在发生器阳极壁面产生高频跳动所致。动压波动测量结果表明，层流射流的能量波动幅度远小于湍流的波幅，层流射流中心动压值沿轴向的衰减速率约为湍流的1/10，在距发生器出口150mm处，层流射流直径仍没有明显展宽。光谱测温结果表明，层流射流在发生器出口处的最高温度随弧电流的增加而升高，但随气流量的变化不明显。由动压和温度测量结果导出的层流射流速度，其最大值随弧电流和气流量的增加而增加，可高达1200m/s，远高于人们以往的预料范围(小于500m/s)。应用自制的嵌有铜探头的平板和杆状热流探针，以动态法测量了射流传向探头表面的热流密度。结果表明，对层流射流的测量值具有较好的轴对称性、可重复性以及沿轴向低的衰减速率，这正是层流等离子体射流用于材料表面加工具有高稳定性和工艺可控性的原因所在。此外，热流密度测量值随探针移动速度的增加而减小，初步的理论分析推测这可能是气/固表面换热过程非平衡效应的表现。