In der vorliegenden Arbeit wird ein mathematisches Modell präsentiert, mit welchem ein beliebiges HVOF-System beschrieben werden kann. Zudem wird dieses Modell in ein Gleichungssystem überführt, welches sich numerisch lösen lässt. Die größte Herausforderung besteht darin, die Zerstäubung der flüssigen Phase (Brennstoff), die Verdampfung, die chemischen Reaktionen und die Vorgänge im Freistrahl auf einer Skalenebene, in Zeit und Raum, zu verknüpfen. Zudem wird ein Modell zur Beschreibung der chemischen Reaktionen ausgearbeitet. Die Zerstäubung von Flüssigkeiten, wie dem genannten Brennstoff, läuft auf numerisch aufzulösenden Längenskalen im Bereich von 10-7 m ab. Dies steht im Gegensatz zu der numerischen Längenskala, welche im Freistrahl von bis zu 10-3 m aufzulösen ist. Die chemischen Reaktionen, welche während des Betriebs eines flüssigbrennstoffbetriebenen HVOF-Prozesses ablaufen, sind sehr komplex. In dieser Arbeit wird exemplarisch Kerosin als Flüssigbrennstoff betrachtet. Es besteht aus verschiedenen höherwertigen Kohlenwasserstoffen, welche in der Menge und Art der Kohlenwasserstoffe je Charge variieren können. Deshalb wird für den Betrieb von HVOF-Systemen eine Kerosinart mit annähernd konstanter Zusammensetzung verwendet, was die Grundvoraussetzung für die Reproduzierbarkeit des Prozesses ist. Der reale Verbrennungsprozess beinhaltet Hunderte von chemischen Spezies und Tausende von chemischen Reaktionen. Für die Berechnung einer dreidimensionalen Problemstellung wie dem HVOF-Prozess unter der Verwendung eines solch komplexen Reaktionsmechanismus würden aktuell mehrere Jahrzehnte Berechnungszeit benötigt werden. Deshalb besteht eine weitere Herausforderung darin, einen geeigneten Reaktionsmechanismus zu finden, welcher die nötige Genauigkeit mit sich bringt und gleichzeitig die Berechnungszeit nicht zu sehr erhöht.In dieser Arbeit werden verschiedene Reaktionsmechanismen gegenübergestellt und bewertet. Neben den mathematischen Modellen werden die Resultate der Simulation des HVOF- Prozesses vorgestellt und diskutiert. Dadurch ist ein Einblick in die komplexe Natur der miteinander interagierenden physikalischen Phänomene innerhalb dieses HVOF-Systems möglich. Zudem werden verschiedene diagnostische Untersuchungen durchgeführt, um das Verhalten des Spritzwerkstoffs im Freistrahl zu charakterisieren und dadurch die Modellierung des Systems bzw. die Simulationsresultate zu bewerten. Abschließend wird ein Optimierungsansatz für HVOF-Systeme präsentiert, mit welchem beliebige Kriterien realisiert werden können. In einem ersten Schritt wird eine Laval-Düsengeometrie auf der Basis einer eindimensionalen Beschreibung der Strömung ausgelegt. Das Strömungsbild wird durch eine vereinfachte dreidimensionale numerische Simulation überprüft. Darauf wird ein allgemeiner Ansatz präsentiert, mit welchem die Optimierung mittels eines beliebigen Strömungslösers durchgeführt werden kann. Dabei sind beliebige Optimierungskriterien denkbar. Es lässt sich z. B. die Geometrie so verbessern, dass der Spritzpulverwerkstoff bei einem vorgegebenen Parametersatz eine maximale Geschwindigkeit einnimmt. Oder es wird ein HVOF- Parametersatz optimiert, bei welchem bei vorgegebener Geschwindigkeit die Temperatur maximiert wird. Durch diesen Ansatz sind die Strömungsvariablen, Randbedingungen und die Geometrie miteinander verknüpft und dadurch gegenseitig differenzierbar. Hierfür wird ein Strömungslöser der OpenFOAM Softwarebibliothek angepasst und erweitert, sodass das Softwarepaket ADOL-C in den Strömungslöser integriert werden kann. ADOL-C ist ein Programmpaket, wodurch in C und C++ geschriebene Programme automatisch differenziert werden können. Demzufolge lässt sich hierdurch jeder berechnete oder vorgegebene Wert abhängig von einem anderen Wert beeinflussen.Die zentrale wissenschaftliche Fragestellung für diese Arbeit ist es, ein mathematisches Modell zu entwickeln, womit HVOF-Prozesse ganzheitlich simuliert werden können. Zudem wird ein Ansatz entwickelt, wodurch alle Prozessparameter von HVOF-Systemen beliebig optimiert werden können.