第10期 邓小旋等：高拉速板坯连铸结晶器浸入式水口的水模型研究 1309· 0.6 (a) 0 (b) 0.5 A B氏 A型 B型 0.4 0 0.3 0.2 10 …A型水口 10 .…A到水日 拉速：1.4mmin 一B型水口 B型水口 0.0 100 150 200 0.02 0.10 0.50 时间/s 频率/H 图8A、B两种水口下的表面流速(a)瞬时值及其功率谱(b) Fig.8 Instantaneous velocity (a)and power spectra (b)of surface velocity measured in A and B nozzles 4水口出口角度对结晶器自由液面特征的 深度后在拉速为1.4mmin-1和1.8mmim-1时 影响 表面平均流速的对比.由图可以发现：当拉速为 1.4mmin-1、浸入深度为150mm时，A型水口和 4.1水口出口角度对液面波动的影响 C型水口下结晶器的表面流速分别为0.21ms-1和 由第3节讨论可知，凹型水口下结晶器的液面 0.15ms-1.当拉速为1.8mmim-1、浸入深度为150 特征优于凸型水口，所以比较水口出口角度对液面 mm时，A型水口和C型水口下结晶器的表面流速 波动影响时仅选取两种凹型水口(A型：15°-15°；C 分别为0.34ms1和0.26ms-1.因此，C型水口由 型：40°-15).图9(a)和(b)分别为A、C型水口 于具有更大的角度，在高低拉速下(1.4mmin-1和 在拉速为1.4和1.8mmin-1时瞬时液面波动的对 1.8mmin-1),其表面流速较A型水口的表面流速 比，液面波动的测点为图3中9#测点.本文选取两 分别低28%和23% 种水口浸入深度(150mm和170mm)比较水口出 口角度对液面波动的影响.由图9(a)和(b)可以看 5自由液面特征的机理分析 出，两种拉速和两种水口浸入深度下，C型水口与 5.1水口底部形状对自由液面特征影响的机理分析 A型水口的液面波动相当.在低拉速(1.4mmin-1) 结晶器内的自由液面特征是由水口出口流股 下，A型水口和C型水口的瞬时液面波动约为士3 的特征及结晶器内的流场决定的.图11为拉速是 mm,在高拉速(1.8mmin-1)下，A型水口与C型 1.8mmin-1、浸入深度为150mm时C型水口（图 水口的瞬时液面波动约为士5mm.因此，水口出口 11(a)和(b)与D型水口（图11(c)和(d)的流场 角度对液面波动的影响不明显 染料示踪图案.从图11(a)中可以看出，C型水口 4.2水口出口角度对表面流速的影响 下从水口出来的射流具有的动能比较小，流股偏 图10(a)和(b)分别为A、C型水口浸入不同 “厚”，流速分布较为分散：图11(b)为加入示踪剂 120 120 (a) (b) 110 110 100 C型 100 A 90r 90 70 60 60 50 A型水口150mm-C型水口160mn 50 A型水口150m C型水口150nm -A型水口170m匹--C型水口170 A水口170- 40 40+ C型水口170mm 20 3040 50 60 10 2030405060 时间/s 时间/s 图9拉速为1.4mmin-1(a)和1.8mmin-1(b)时水口出口角度对瞬时液面波动的影响 Fig.9 Effects of port edge angle on transient level fluctuation at casting speeds of 1.4 m.min(a)and 1.8 m.min(b)第 10 期 邓小旋等：高拉速板坯连铸结晶器浸入式水口的水模型研究 1309 ·· 图 8 A、B 两种水口下的表面流速 (a) 瞬时值及其功率谱 (b) Fig.8 Instantaneous velocity (a) and power spectra (b) of surface velocity measured in A and B nozzles 4 水口出口角度对结晶器自由液面特征的 影响 4.1 水口出口角度对液面波动的影响 由第 3 节讨论可知，凹型水口下结晶器的液面 特征优于凸型水口，所以比较水口出口角度对液面 波动影响时仅选取两种凹型水口 (A 型：15◦ -15◦；C 型：40◦ -15◦ ). 图 9(a) 和 (b) 分别为 A、C 型水口 在拉速为 1.4 和 1.8 m·min−1 时瞬时液面波动的对 比，液面波动的测点为图 3 中 9#测点. 本文选取两 种水口浸入深度 (150 mm 和 170 mm) 比较水口出 口角度对液面波动的影响. 由图 9(a) 和 (b) 可以看 出，两种拉速和两种水口浸入深度下，C 型水口与 A 型水口的液面波动相当. 在低拉速 (1.4 m·min−1 ) 下，A 型水口和 C 型水口的瞬时液面波动约为 ±3 mm，在高拉速 (1.8 m·min−1 ) 下，A 型水口与 C 型 水口的瞬时液面波动约为 ±5 mm. 因此，水口出口 角度对液面波动的影响不明显. 4.2 水口出口角度对表面流速的影响 图 10(a) 和 (b) 分别为 A、C 型水口浸入不同 深度后在拉速为 1.4 m·min−1 和 1.8 m·min−1 时 表面平均流速的对比. 由图可以发现：当拉速为 1.4 m·min−1、浸入深度为 150 mm 时，A 型水口和 C 型水口下结晶器的表面流速分别为 0.21 m·s −1 和 0.15 m·s −1 . 当拉速为 1.8 m·min−1、浸入深度为 150 mm 时，A 型水口和 C 型水口下结晶器的表面流速 分别为 0.34 m·s −1 和 0.26 m·s −1 . 因此，C 型水口由 于具有更大的角度，在高低拉速下 (1.4 m·min−1 和 1.8 m·min−1 )，其表面流速较 A 型水口的表面流速 分别低 28%和 23%. 5 自由液面特征的机理分析 5.1 水口底部形状对自由液面特征影响的机理分析 结晶器内的自由液面特征是由水口出口流股 的特征及结晶器内的流场决定的. 图 11 为拉速是 1.8 m·min−1、浸入深度为 150 mm 时 C 型水口 (图 11(a) 和 (b)) 与 D 型水口 (图 11(c) 和 (d)) 的流场 染料示踪图案. 从图 11(a) 中可以看出，C 型水口 下从水口出来的射流具有的动 能比较小，流股偏 “厚”，流速分布较为分散；图 11(b) 为 加入示踪剂 图 9 拉速为 1.4 m·min−1 (a) 和 1.8 m·min−1 (b) 时水口出口角度对瞬时液面波动的影响 Fig.9 Effects of port edge angle on transient level fluctuation at casting speeds of 1.4 m·min−1 (a) and 1.8 m·min−1 (b)