930 工程科学学报，第43卷，第7期 (a) Boundary layer (b) Boundary layer 0 0.5 R/(m2s) -0.5 R/(m2.s2) 2.0×103 -1.0 20x10-3 1.8×10 1.8×10 1.6×10 -1.5 1.6×103 1.4×103 14×103 1.2×103 -2.0 1.2×10-3 6x10- 8.0x10 -2.5 6.0×104 6.0×104 40×10- -3.0 40×10-4 2.0x10- -3.5 80x10 40 X/mm X/mm Boundary layer (c) (d) 3.0x10-3 -0.5 R /(m2-s2) 2.5×10 2.0×10-3 -1.0 18x10 16x103 -1.5 2.0x10 1.4×10-3 2.0 1.2x103 15x10 1.0×103 2.5 8.0×10- 1.0×10-3 6.0×10- -3.0 4.0×10r 5.0×10-4 Smooth wall 0x10 Porous refractory wall -3.5 0 Clog wall -4.0 0.5 00.51.01.52.02.53.03.54.04.5 Distance to boundary/mm X/mm 图5法向湍流动能云图.()近光滑壁面：(b)多孔耐火材料壁面：(c)结瘤壁面：(d)三种壁面条件下平均法向湍流动能大小 Fig.5 R contour:(a)smooth wall;(b)porous refractory wall;(c)clogged wall;(d)average R distribution 壁面时，下扫事件平面占比由10.17%增加到39.77%， 中，与粒径为5、10和15m氧化铝夹杂物相比 上抛事件平面占比由32.96%减少到9.24%.光滑 粒径为1m的氧化铝夹杂物运动轨迹更接近壁 壁面状态下，边界层流场中上抛事件平面占比明 面，增加了其沉积在壁面的可能性 显大于下扫事件，当壁面状态转变为多孔耐火材 图9为粒径为1m的氧化铝夹杂物在三种不 料壁面和结瘤壁面时，下扫事件平面占比明显大 同壁面条件下，位于上抛事件和下扫事件内的运 于上抛事件 动轨迹，夹杂物初始运动坐标距离壁面0.5mm,图 2.2边界层流场中上抛和下扫事件对夹杂物运动 中纵坐标为距离壁面的距离，横坐标为Y方向运 的影响 动距离.上抛事件中，三种壁面形貌下的氧化铝夹 图8为粒径分别为1、5、10和15um的氧化 杂物均远离壁面方向运动，多孔耐火材料壁面和 铝夹杂物在多孔耐火材料壁面边界层流场内上抛 结瘤壁面的运动轨迹距离壁面更远.下扫事件中， 事件和下扫事件中的运动轨迹，夹杂物初始运动 三种壁面条件的氧化铝夹杂物均朝向壁面方向运 位置距离壁面0.5mm,图中纵坐标为与壁面的距 动，多孔耐火材料壁面和结瘤壁面条件下的运动 离，横坐标为Y方向运动距离.图8(a)中，流场发 轨迹更接近壁面.以上计算结果表明，边界层内的 生下扫事件时，高速流体朝向壁面运动，位于下扫 上抛和下扫事件直接影响边界层内氧化铝夹杂的 事件的夹杂物也被随之带向壁面运动.图8(b)中， 输运，当氧化铝夹杂物位于流场中发生上抛事件 流场发生上抛事件时，低速流体被带离壁面的同 区域时，氧化铝夹杂物被带离壁面.当氧化铝夹杂 时，位于上抛事件的夹杂物也被随之带离壁面，不 物位于流场中的下扫事件区域时，氧化铝夹杂物 同尺寸夹杂物在边界层流场中同一事件的运动轨 被带向壁面.因此，边界层流场中的下扫事件直接 迹相近，尺寸对运动轨迹的影响较小，在下扫事件 导致氧化铝夹杂物朝向壁面运动.壁面时，下扫事件平面占比由 10.17% 增加到 39.77%， 上抛事件平面占比由 32.96% 减少到 9.24%. 光滑 壁面状态下，边界层流场中上抛事件平面占比明 显大于下扫事件. 当壁面状态转变为多孔耐火材 料壁面和结瘤壁面时，下扫事件平面占比明显大 于上抛事件. 2.2    边界层流场中上抛和下扫事件对夹杂物运动 的影响 图 8 为粒径分别为 1、5、10 和 15 μm 的氧化 铝夹杂物在多孔耐火材料壁面边界层流场内上抛 事件和下扫事件中的运动轨迹，夹杂物初始运动 位置距离壁面 0.5 mm，图中纵坐标为与壁面的距 离，横坐标为 Y 方向运动距离. 图 8（a）中，流场发 生下扫事件时，高速流体朝向壁面运动，位于下扫 事件的夹杂物也被随之带向壁面运动. 图 8（b）中， 流场发生上抛事件时，低速流体被带离壁面的同 时，位于上抛事件的夹杂物也被随之带离壁面，不 同尺寸夹杂物在边界层流场中同一事件的运动轨 迹相近，尺寸对运动轨迹的影响较小. 在下扫事件 中，与粒径为 5、10 和 15 μm 氧化铝夹杂物相比， 粒径为 1 μm 的氧化铝夹杂物运动轨迹更接近壁 面，增加了其沉积在壁面的可能性. 图 9 为粒径为 1 μm 的氧化铝夹杂物在三种不 同壁面条件下，位于上抛事件和下扫事件内的运 动轨迹，夹杂物初始运动坐标距离壁面 0.5 mm，图 中纵坐标为距离壁面的距离，横坐标为 Y 方向运 动距离. 上抛事件中，三种壁面形貌下的氧化铝夹 杂物均远离壁面方向运动，多孔耐火材料壁面和 结瘤壁面的运动轨迹距离壁面更远. 下扫事件中， 三种壁面条件的氧化铝夹杂物均朝向壁面方向运 动，多孔耐火材料壁面和结瘤壁面条件下的运动 轨迹更接近壁面. 以上计算结果表明，边界层内的 上抛和下扫事件直接影响边界层内氧化铝夹杂的 输运，当氧化铝夹杂物位于流场中发生上抛事件 区域时，氧化铝夹杂物被带离壁面. 当氧化铝夹杂 物位于流场中的下扫事件区域时，氧化铝夹杂物 被带向壁面. 因此，边界层流场中的下扫事件直接 导致氧化铝夹杂物朝向壁面运动. (a) (b) (c) (d) −0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0 Distance to boundary/mm Smooth wall Porous refractory wall Clog wall Boundary layer Boundary layer 0 −0.5 −1.0 −1.5 −2.0 −2.5 −3.0 −3.5 −4.0 Y/mm 2.0×10−3 1.8×10−3 1.6×10−3 1.4×10−3 1.2×10−3 1.0×10−3 8.0×10−4 6.0×10−4 4.0×10−4 2.0×10−4 0 3.0×10−3 2.5×10−3 2.0×10−3 1.5×10−3 1.0×10−3 5.0×10−4 Rxx/(m2·s−2 ) Rxx/(m2 ·s−2) −1 0 1 2 3 X/mm 0 −0.5 −1.0 −1.5 −2.0 −2.5 −3.0 −3.5 −4.0 Y/mm 2.0×10−3 1.8×10−3 1.6×10−3 1.4×10−3 1.2×10−3 1.0×10−3 8.0×10−4 6.0×10−4 4.0×10−4 2.0×10−4 0 Rxx/(m2 ·s−2) −1 0 1 2 3 X/mm 0 −0.5 −1.0 −1.5 −2.0 −2.5 −3.0 −3.5 −4.0 Y/mm 2.0×10−3 1.8×10−3 1.6×10−3 1.4×10−3 1.2×10−3 1.0×10−3 8.0×10−4 6.0×10−4 4.0×10−4 2.0×10−4 0 Rxx/(m2 ·s−2) −1 0 1 2 3 X/mm Boundary layer 图 5    法向湍流动能云图. （a）近光滑壁面；（b）多孔耐火材料壁面；（c）结瘤壁面；（d）三种壁面条件下平均法向湍流动能大小 Fig.5    Rxx contour: (a) smooth wall; (b) porous refractory wall; (c) clogged wall; (d) average Rxx distribution · 930 · 工程科学学报，第 43 卷，第 7 期