王汝栋等：基于F曲线的中间包流场优化 99· 表2原型中间包流场特性 孔夹角较大有关，示踪剂先冲击到2#、1#水口，造 Table 2 Flow characteristics of scheme A2 成前期2#水口F曲线值略高于其他两流，从E曲 Scheme Dead zone Plug flow Mixed flow 线也可看出，2#水口峰值最高，1#水口次之.而 ratio/% ratio/% ratio/% 01,230F,m 3#水口距离湍流抑制器出口最近，产生1#、2#、3# A2 20.92 8.45 70.63 13.460.0300 水口一致性较好的情况. 0.60f(A0) -1# (B0) -1# (C0) -1# 0.50 -3# -3# 0.40 0.30 0.20 0.10 0.30 (A0) (BO CO 1# 0.25 3# 3# 0.20 0.15 0.10 0.05 05 1.0 1.5 2.02.50 0.51.01.52.02.500.51.01.5 2.02.5 图6不同湍流抑制器方案下的￡曲线和F曲线 Fig.6 E-curve and F-curve of different turbulence inhibitors 表3不同湍流抑制器流场特性 C湍流抑制器下，1、2、3号挡坝位置的死区均较 Table 3 Flow characteristics of different turbulence inhibitors 大，在20%附近，这可能是由于C的导流孔夹角最 Dead zone Plug flow Mixed flow Scheme 大，钢液更加集中地向中间包两侧水口冲击，靠近 ratio/% ratio/% ratio/ 012,3 0F, 中心的挡坝位置抑制了钢水向中部的流动，产生 A0 17.89 8.94 73.17 14.660.0207 死区.C4方案下的死区比例最小，为9.67%，活塞 BO 17.24 8.87 73.89 9.36 0.0138 区比例为14.28% Co 16.43 10.07 73.49 4.94 0.0103 表4不同控流装置组合下流场特性 不同湍流抑制器的无挡坝实验表明，小的湍 Table 4 Flow characteristics of different flow control devices 流抑制器导流孔夹角，钢液更多地集中在中部水 Dead zone Plug flow Mixed flow Scheme ratio / ratio / ratio / 01,23 OFmax 口，使得中部水口出现明显的短路流.夹角增大， 20.92 8.45 70.63 13.46 0.0300 流向两侧水口的钢液增多，当湍流抑制器导流孔 Prototype B1 14.90 9.12 75.98 8.42 0.0044 夹角为86时，无短路流；当湍流抑制器夹角为 B2 20.90 7.75 71.35 10.33 0.0047 110时，各流一致性最佳 B3 16.77 10.74 72.49 16.04 0.0185 3.3控流装置的优化 B4 11.20 11.55 77.25 17.54 0.0148 在前述实验结果的基础上，对B、C两种湍流 9 20.13 10.28 69.60 7.46 0.0122 抑制器下4种不同位置挡坝进行组合实验，表4 C2 19.39 8.31 72.30 5.31 0.0108 为不同控流装置组合下的流场特性.从表4可以 C3 22.07 9.04 68.89 3.55 0.0047 看出，B湍流抑制器下，随着挡坝向两侧移动，其 C4 9.67 14.28 76.04 11.500.0162 死区呈现先增大后减小的特点，其中B4方案的死 区比例最小，为11.2%，其次为B1方案；B1、B2方 对表4的数据分析后，选取死区比例最小的 案的oE,max最小，各流一致性最佳.而B2方案的死 3个方案(B1、B4、C4)进行对比分析，图7为选取 区最大，与原型相近.这说明各流一致性与死区并 控流装置下的E曲线和F曲线.可以看到，BI方 无相关性，一致性良好的流场死区并不一定小 案的F曲线一致性最佳，1#、2#、3#曲线基本一致，孔夹角较大有关，示踪剂先冲击到 2#、1#水口，造 成前期 2#水口 F 曲线值略高于其他两流，从 E 曲 线也可看出， 2#水口峰值最高， 1#水口次之. 而 3#水口距离湍流抑制器出口最近，产生 1#、2#、3# 水口一致性较好的情况. 不同湍流抑制器的无挡坝实验表明，小的湍 流抑制器导流孔夹角，钢液更多地集中在中部水 口，使得中部水口出现明显的短路流. 夹角增大， 流向两侧水口的钢液增多，当湍流抑制器导流孔 夹角为 86°时 ，无短路流 ；当湍流抑制器夹角为 110°时，各流一致性最佳. 3.3    控流装置的优化 在前述实验结果的基础上，对 B、C 两种湍流 抑制器下 4 种不同位置挡坝进行组合实验，表 4 为不同控流装置组合下的流场特性. 从表 4 可以 看出，B 湍流抑制器下，随着挡坝向两侧移动，其 死区呈现先增大后减小的特点，其中 B4 方案的死 区比例最小，为 11.2%，其次为 B1 方案；B1、B2 方 案的 σF,max 最小，各流一致性最佳. 而 B2 方案的死 区最大，与原型相近. 这说明各流一致性与死区并 无相关性，一致性良好的流场死区并不一定小. C 湍流抑制器下，1、2、3 号挡坝位置的死区均较 大，在 20% 附近，这可能是由于 C 的导流孔夹角最 大，钢液更加集中地向中间包两侧水口冲击，靠近 中心的挡坝位置抑制了钢水向中部的流动，产生 死区. C4 方案下的死区比例最小，为 9.67%，活塞 区比例为 14.28%. 对表 4 的数据分析后，选取死区比例最小的 3 个方案（B1、B4、C4）进行对比分析，图 7 为选取 控流装置下的 E 曲线和 F 曲线. 可以看到，B1 方 案的 F 曲线一致性最佳，1#、2#、3#曲线基本一致， 表 2    原型中间包流场特性 Table 2    Flow characteristics of scheme A2 Scheme Dead zone ratio/% Plug flow ratio/% Mixed flow ratio/% σ1,2,3 σF,max A2 20.92 8.45 70.63 13.46 0.0300 表 3    不同湍流抑制器流场特性 Table 3    Flow characteristics of different turbulence inhibitors Scheme Dead zone ratio/% Plug flow ratio/% Mixed flow ratio/% σ1,2,3 σF,max A0 17.89 8.94 73.17 14.66 0.0207 B0 17.24 8.87 73.89 9.36 0.0138 C0 16.43 10.07 73.49 4.94 0.0103 表 4    不同控流装置组合下流场特性 Table 4    Flow characteristics of different flow control devices Scheme Dead zone ratio /% Plug flow ratio /% Mixed flow ratio /% σ1,2,3 σF,max Prototype 20.92 8.45 70.63 13.46 0.0300 B1 14.90 9.12 75.98 8.42 0.0044 B2 20.90 7.75 71.35 10.33 0.0047 B3 16.77 10.74 72.49 16.04 0.0185 B4 11.20 11.55 77.25 17.54 0.0148 C1 20.13 10.28 69.60 7.46 0.0122 C2 19.39 8.31 72.30 5.31 0.0108 C3 22.07 9.04 68.89 3.55 0.0047 C4 9.67 14.28 76.04 11.50 0.0162 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 E 1# 2# 3# (A0) 1# 2# 3# (B0) 1# 2# 3# (C0) (A0) F 1# 2# 3# σ (B0) θ 1# 2# 3# σ (C0) 1# 2# 3# σ 图 6    不同湍流抑制器方案下的 E 曲线和 F 曲线 Fig.6    E-curve and F-curve of different turbulence inhibitors 王汝栋等： 基于 F 曲线的中间包流场优化 · 99 ·