.938 北京科技大学学报 第29卷 (1)把整个结晶器内的流体按均相介质处理， 研究旋流水口以及其各种工艺参数对上保护渣熔化 利用均相两相流模型进行计算，但气液两相区及周 的影响，因此取结晶器一侧上表面的六条线，如图2 围的循环区域均有不同的密度； 所示.线1紧挨水口外侧，其他线依次相隔100mm. (2)不计气液两相间的相间阻力： 温度K (3)不计结晶器弯月面的表面波动，忽略重力 (Contour)a传统水口 (b)旋转流水口 1.803×10P 的影响； 1,797×10 (4)流体的流动是由纯液相的初始速度和气液 1.791×10 1.785×103 两相的密度差来驱动； 1779×109 1.774×10° (5)忽略结晶器内凝固壳的存在 1.768×10° 采用流动与传热耦合方法对结晶器及旋流水口 1.762×103 1.756×103 内钢水的温度场进行计算，其流动与传热的方程如 1750×10 下： a 0 司0x +s (1) aT十Pav ay 工十Pn0az T 图1传统水口(a)与旋转流水口(b)温度场分布 Fig.1 Temperature fields of a traditional nozle (a)and a swirling nozzle (b) (2) zx 0n=p[1-B(T-Tf)] (3) 1线5 其中，中代表三个方向速度、湍动能、湍动能耗散；T 线1线2线3线 线6 代表结晶器及旋流水口内钢水的温度，℃；入代表结 晶器及旋流水口内钢水的导热系数，Jm1.℃-一1；p 为钢液的密度，kgm3;u、v和w分别为x、y和z 方向的速度，ms;下标ij分别表示气相和液相： 代表有效黏性系数，kgs1m1;S表示动量源 图2结晶器上表面六条线的定位 项，Nm-3;p代表压强，Pa,相应的边界条件见参 Fig.2 Location of 6 lines on the surface of the mold 考文献[610] 以线3为例（其他位置情况雷同），传统水口与 2计算结果及讨论 旋流水口对结晶器钢水弯月面温度分布的影响如 2.1传统水口与旋转流水口对温度场影响比较 图3所示，由图可见，旋流片能够提高钢水在弯月 图1(a)为使用传统浸入式水口（表1中No.0) 面处的温度，一般比传统水口钢水弯月面温度高 时，结晶器温度场的分布情况，从图中可以看到，水 5~6℃.传统水口钢水由水口入口到弯月面温降约 口内部的温度变化不大：结晶器上部温度较高，尤其 为14~15℃，而旋流水口温降约为10℃左右.旋流 是水口出口处的温度最高；在结晶器下部，温度逐渐 水口使得结晶器上表面的温度更加均匀一致，避免 降低，由于回流的作用，结晶器下中部温度最低；温 1795 旋流水口 1794 度场基本是对称的，结晶器内钢水温度相差最大为 1793 30℃左右.图1(b)是装有旋转流水口(No.1)的结 兰1792 晶器内部温度场的分布情况.与传统水口相比，旋 1791 则 流水口使得结晶器上部区域的温度更高，温度扩散 1790 普通水口 1789 更好，在水口出口附近处显得略微不对称，但不对称 1788 程度很低，在结晶器的下部和结晶器弯月面处基本 -0.10-0.0500.050.100.15 还是对称的 距离m 结晶器内钢水弯月面的温度分布对保护渣熔 化，特别是对熔渣层厚度有一定影响，由于结晶器 图3结晶器表面线3处的温度分布 内部温度场可以近似看作是对称的，为了更清楚地 Fig.3 Temperature distribution at Line 3 of the mold（1） 把整个结晶器内的流体按均相介质处理‚ 利用均相两相流模型进行计算‚但气液两相区及周 围的循环区域均有不同的密度； （2） 不计气—液两相间的相间阻力； （3） 不计结晶器弯月面的表面波动‚忽略重力 的影响； （4） 流体的流动是由纯液相的初始速度和气液 两相的密度差来驱动； （5） 忽略结晶器内凝固壳的存在． 采用流动与传热耦合方法对结晶器及旋流水口 内钢水的温度场进行计算．其流动与传热的方程如 下： ρ ∂（ ui●j） ∂xj ＝— ∂p ∂xi ＋ ∂ ∂xj μe ∂●i ∂xj ＋S （1） ρn u ∂T ∂x ＋ρn v ∂T ∂y ＋ρn w ∂T ∂z ＝ ∂ ∂x λ ∂T ∂x ＋ ∂ ∂y λ ∂T y ＋ ∂ z x λ ∂T ∂z （2） ρn＝ρ［1—β（ T— Tref）］ （3） 其中‚●代表三个方向速度、湍动能、湍动能耗散；T 代表结晶器及旋流水口内钢水的温度‚℃；λ代表结 晶器及旋流水口内钢水的导热系数‚J·m —1·℃—1 ；ρ 为钢液的密度‚kg·m —3 ；u、v 和 w 分别为 x、y 和 z 方向的速度‚m·s —1 ；下标 i、j 分别表示气相和液相； μe 代表有效黏性系数‚kg·s —1·m —1 ；S 表示动量源 项‚N·m —3 ；p 代表压强‚Pa．相应的边界条件见参 考文献［6—10］． 2 计算结果及讨论 2∙1 传统水口与旋转流水口对温度场影响比较 图1（a）为使用传统浸入式水口（表1中 No．0） 时‚结晶器温度场的分布情况．从图中可以看到‚水 口内部的温度变化不大；结晶器上部温度较高‚尤其 是水口出口处的温度最高；在结晶器下部‚温度逐渐 降低‚由于回流的作用‚结晶器下中部温度最低；温 度场基本是对称的‚结晶器内钢水温度相差最大为 30℃左右．图1（b）是装有旋转流水口（No．1）的结 晶器内部温度场的分布情况．与传统水口相比‚旋 流水口使得结晶器上部区域的温度更高‚温度扩散 更好‚在水口出口附近处显得略微不对称‚但不对称 程度很低‚在结晶器的下部和结晶器弯月面处基本 还是对称的． 结晶器内钢水弯月面的温度分布对保护渣熔 化‚特别是对熔渣层厚度有一定影响．由于结晶器 内部温度场可以近似看作是对称的‚为了更清楚地 研究旋流水口以及其各种工艺参数对上保护渣熔化 的影响‚因此取结晶器一侧上表面的六条线‚如图2 所示．线1紧挨水口外侧‚其他线依次相隔100mm． 图1 传统水口（a）与旋转流水口（b）温度场分布 Fig．1 Temperature fields of a traditional nozzle （a） and a swirling nozzle （b） 图2 结晶器上表面六条线的定位 Fig．2 Location of6lines on the surface of the mold 以线3为例（其他位置情况雷同）‚传统水口与 旋流水口对结晶器钢水弯月面温度分布的影响如 图3 结晶器表面线3处的温度分布 Fig．3 Temperature distribution at Line3of the mold 图3所示．由图可见‚旋流片能够提高钢水在弯月 面处的温度‚一般比传统水口钢水弯月面温度高 5～6℃．传统水口钢水由水口入口到弯月面温降约 为14～15℃‚而旋流水口温降约为10℃左右．旋流 水口使得结晶器上表面的温度更加均匀一致‚避免 ·938· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷