·530· 北京科技大学学报 1994年No.6 在利用壁面函数法计算边界值时，有如下一些问题值得注意： (1)第1个内节点与壁面间的无量纲距离y,:11.5~30<y。<200~400;(2)由 于各个变量间的强烈非线性耦合关系，在迭代计算过程中应当使用亚松弛迭代法，以利于非 线性问题的迭代收敛，k、ε的亚松弛因子开始时可考虑取在0.4~0.5范围：(3)k、ε方程 源项的处理方法，从物理意义上看，将永远大于零，因而应当防止数值计算过程中k、ε小于零； (4)在原始变量法中，在交错网格上动量方程源项的离散采用一系列插值处理， 对于动量方程的源项： c[(u+u,)·(dU,/0X,)]/0X (10) 对于层流流动，在直角坐标系中，μ为常数，动量方程的源项为零：对于湍流，由于4，不是常 数，就出现了源项，因此，对于(10)式，4，必须在X方向进行插值，由于本模型应用的是变网 格差分，同时存在着交错网格，因此在进行插值计算时存在着较大的困难. 有些作者为使方程在编程序时得以简化处理，在计算时就将方程(10)简化为： (μ+4，)·(2U,/X2) (1) 这样做，虽然在编制程序时可以简化，但从物理意义上来说，在湍流过程中已失去源项计算的 意义，实际上是承认湍流雷诺数不是坐标的函数，在湍流计算过程中，源项按照(10)式处理 后，虽然在编制程序及计算收敛性等问题上，条件将变得更加苛刻，计算难度增大，但其计算 结果能反映出湍流过程中局部湍动能及局部湍动能耗散率对湍流流动过程的影响. 4计算结果分析 针对工厂现场常用的1.0ms的工况在实验室里进行了水力学模拟研究，研究结果认为，在 拉速为1.0m5时，使用出口角度为向下15（°）的水口，效果较好.本研究也同时针对1.0ms的拉 速所对应的1.52mh的水流量进行了模拟计算. 本模拟研究中，考虑到流动的对称性，只取结晶器的1/4作为计算对象.这样，计算过 程中取结晶器的长度为520mm、宽度为85mm、高度为470mm、水流量为1.53m3/hs水口浸入深 度为90m.由于结品器上部所形成的凝固壳很薄，故可忽略不计. 计算结果表明，整个流场除水口出口处速度较大外，还存在两个回流区：】个是在结晶器 上部，另1个是在水口出口截面以下.由于水口的出口截面积远小于结晶器的出口截面积，因 此，当流场达到稳定时，水口出流速度比结晶器出流速度大得多；由于射流的剪切作用，实际 上形成了一种液一液射流. 图1为中心对称面X-Z截面上的流谱，图2为距X-Z中心对称面30mm和处（相对应 的结晶器原型的尺寸为900mm)的流谱.从图1、图2可看出，结晶器水口下部有一个较为稳 定的涡流存在，同时，上部也有1个回流区存在.下部涡流的存在，有利于提供较长的停流时 间，以利于非金属夹杂物的上浮去除：但上部回流区的存在，则是不利的.因为，从上部回流的 速度方向来看，在水口边很可能把结晶器的表面保护渣卷人结晶器内，反而不利于夹杂的上浮. 图3是利用激光测速仪测出来的相同工况下的结晶器对称面X一Z上的流场.由实测结 果可知，水口底下的部分，其流动趋势与计算结果相近，但水口上部靠近结晶器部分，由于计 算中未考虑液面的重力波的影响，因此，与实测结果有些差别，但同样，出口处速度都较大，上北 京 科 技 大 学 学 报 尧辫 年 在 利 用壁 面 函数法计算边界值时 ， 有 如下一些 问题值得注意 第 个 内 节 点 与 壁 面 间 的 无 量 纲 距 离儿 一 外 一 由 于 各个 变量 间的强烈非 线性藕合关 系 ， 在 迭 代 计 算过 程 中应 当使 用 亚 松 弛 迭 代 法 ， 以 利 于非 线性 问题 的迭代 收敛 ， 、 的亚松弛 因子开始时可考虑取在 一 范 围 、 。 方程 源 项 的处理 方 法 ， 从物理 意 义上 看 ， 将永远大于零 ， 因而应 当防止数值计算过程 中 、 。 小 于 零 在 原始 变量 法 中 ， 在 交错 网格 上 动量方程 源项 的离散采用一 系列 插值处理 对于 动量 方 程 的 源项 日 拜 拜 ， · 日 ， 日 日戈 对于 层 流 流 动 ， 在直 角 坐标 系 中 ， 为常数 ， 动量方程 的源项 为零 对于 湍流 ， 由于 拜 ‘ 不 是 常 数 ， 就 出现 了 源项 ， 因此 ， 对于 式 ， 料 必须 在 方 向进行插 值 ， 由于 本模型应 用 的是 变 网 格 差分 ， 同时存在 着交 错 网格 ， 因此 在 进行 插值计算时存 在着较大 的 困难 有 些 作 者 为使方 程 在编 程 序 时得 以 简化处理 ， 在计算 时就将方程 简化 为 拜 拜 ， · 日， ‘ 日对 这 样 做 ， 虽 然在 编 制 程 序 时可 以 简 化 ， 但从 物理 意 义上 来说 ， 在 湍 流过程 中 已 失 去 源 项 计 算 的 意 义 ， 实 际上 是 承 认 湍 流 雷 诺 数 不 是 坐 标 的 函 数 ， 在 湍 流 计 算 过 程 中 ， 源 项 按 照 式 处理 后 ， 虽 然 在编 制 程 序 及 计算 收敛性 等 问题 上 ， 条 件 将 变 得 更 加 苛 刻 ， 计 算 难 度 增 大 ， 但 其 计 算 结 果 能 反 映 出湍 流过 程 中局 部 湍 动 能及 局部 湍 动 能耗 散率 对湍 流流 动过程 的影 响 计算结果分析 针 对工 厂 现 场常 用 的 刀 的工 况 在 实验 室 里进行 了水力学模 拟研究 ， 研究结果认 为 ， 在 拉速 为 伽 店时 ， 使 用 出 口 角度 为向下 。 的水 口 ， 效果较好 本研究 也 同时针 对 伽叫 的拉 速所 对应 的 ’山 的水 流量 进行 了模拟计算 本 模 拟 研 究 中 ， 考 虑 到 流 动 的 对 称 性 ， 只 取 结 晶 器 的 作 为 计 算 对 象 这 样 ， 计 算 过 程 中取 结 晶器 的长度 为 、 宽度 为 、 高度 为 、 水 流量 为 ’ 、 水 口 浸人深 度 为 由于结 晶器上部所 形 成 的凝 固壳很薄 ， 故 可 忽 略 不计 计算结 果 表 明 ， 整 个 流 场 除水 口 出 口 处速 度 较大外 ， 还 存 在 两个 回 流 区 个 是 在 结 晶 器 上部 ， 另 个是 在水 口 出 口 截 面 以 下 由于 水 口 的 出 口 截面积 远小 于 结 晶 器 的 出 口 截 面 积 ， 因 此 ， 当流 场达到稳 定 时 ， 水 口 出流 速度 比结 晶器 出流 速 度 大 得 多 由于 射 流 的剪 切 作 用 ， 实 际 上 形 成 了一 种 液 一 液射 流 图 为 中心 对称 面 一 截 面 上的 流谱 ， 图 为距 一 中心 对称 面 和 处 相 对 应 的结 晶器 原型 的 尺 寸 为 刀 的流谱 从 图 、 图 可 看 出 ， 结 晶 器 水 口 下 部 有 一 个 较 为 稳 定 的 涡 流 存在 ， 同时 ， 上部 也有 个 回 流 区存在 下 部 涡 流 的 存 在 ， 有 利 于 提 供 较 长 的停 流 时 间 ， 以 利 于 非 金 属 夹杂 物 的上 浮去 除 但 上 部 回 流 区 的存 在 ， 则 是 不 利 的 因 为 ， 从 上 部 回 流 的 速 度 方 向来 看 ， 在水 口 边 很 可 能把结 晶器 的表 面保 护渣卷人结晶器 内 ， 反而不利于夹杂的上浮 图 是 利 用激 光 测 速 仪测 出来 的相 同工 况 下 的 结 晶 器 对称 面 一 上 的 流 场 由实 测 结 果 可 知 ， 水 口 底 下 的部 分 ， 其 流动 趋势与计算结 果 相 近 ， 但 水 口 上 部 靠 近 结 晶 器 部 分 ， 由于 计 算 中未考虑液面 的重力波 的影 响 ， 因此 ， 与实测结果有些差别 但 同样 ， 出 口 处速度都较大 ， 上