Vol.20 No.2 刘永军等：75 t DCEAF熔池传输现象的仿真 ·129 中表明，电弧周围的熔体湍动能为最大 值，并沿水平和垂直二个方向衰减，在固 体壁面上湍动能为极小值.因此，熔池中 上部对流效果最好，而炉底外边缘区域 且-0.4 的对流效果不佳 003 湍动能耗散率标志着湍动流动时的 -0.6 334 能量损失.湍动能耗散率计算结果如图 0.5 1.5 5所示，在电弧区域湍动能耗散率为极 2/m 大值，这与该区域的流速迅速衰减是相 图3涡量的分布 符合的同时，湍动能耗散率与湍动能的 分布极为相似，由此可见，熔池中脉动程度大的区域，其能量损失也大 3.3温度场的分布 熔池温度场计算结果如图6 所示温度场分布的特点是：电 弧区周围的熔体为高温区，沿各 -0.2 方向具有较大的温度梯度，使温 度激剧衰减；由电弧区到接近底 -0 壁或侧壁的大部区域是一个较 005 -0.6 3.34 小温度梯度的区域，这部分熔体 温差约10℃，与交流电弧炉相 0.5 1.5 2 z/m 比，温度可以认为是均匀的；沿 底壁和侧壁存在一个温差1~ 图4湍动能的分布 3℃、厚度很薄的温度边界层 由于电弧的高温特性，电弧区的局部熔体必然具有高温和大温度梯度的特性.但是，因熔 体内较强的对流作用，使其温度分布很快均匀.温度场存在一个与流动相同的规律是，在侧壁 和底壁的交界处是低温区， 0.2 -0.2 40 0209 -0.4 0193 0.4 34 00964 -0.6 -0.6 0.5 1.5 2 0.5 1.5 E/(m2.s) r/m 图5湍动能耗散率的分布 图6温度场的分布 5结论 (1)建立了751直流电弧炉熔池内的数学模型.控制方程包括磁场强度输运方程、流函V o l . 2 0 N 6 . 2 刘永军等 : 75 t E ( : E A F 熔池传输现象的仿真 中表 明 , 电弧 周 围的熔体湍 动能 为最 大 值 , 并沿水 平 和垂直 二个方 向衰减 , 在 固 体壁 面 上湍动 能为极 小值 . 因此 , 熔 池 中 上 部对流效 果 最 好 , 而 炉底 外 边 缘 区 域 的对流 效果 不佳 . 湍 动 能耗散率标 志着湍 动流 动时 的 能 量 损失 . 湍动 能 耗散 率 计 算 结果 如 图 5 所 示 , 在 电 弧 区 域 湍 动 能 耗 散率 为 极 大 值 , 这 与该 区 域 的 流速 迅 速衰 减是 相 符 合的 . 同时 , 湍 动能耗 散率与湍 动能 的 0卜瘾数 一 .0 2 日 八 月 又 一 U · 仔 一 0 . 6 一 巴乏芝 一 ~ 3 3 4 一一 一 月 二王工二二二 二 0 . 5 5 2 图3 涡 t 的分布 分布极 为相似 , 由此可见 , 熔池 中脉动程度 大 的区 域 , 其能量 损失也大 . 1 3 温 度场 的分布 énC : 又日 熔池 温度 场计算 结果如 图 6 所 示 . 温 度 场 分 布 的 特 点 是 : 电 弧 区 周 围的熔 体 为 高温 区 , 沿 各 方 向具有 较大 的温度 梯度 , 使 温 度激剧 衰 减 ; 由电弧 区 到 接 近底 壁 或 侧壁 的 大 部 区 域是 一 个 较 小温 度 梯度 的 区 域 , 这部 分熔体 温 差 约 10 ℃ , 与 交 流 电 弧 炉 相 比 , 温 度 可 以 认 为是 均 匀 的 ; 沿 底 壁 和 侧壁 存 在 一 个 温 差 1 一 3 ℃ 、 厚 度很薄 的温度 边界层 . 刁 . 件 奋之通三 1 1 . 5 刁m 图4 湍动能的分布 由于 电弧 的 高温特 性 , 电弧 区 的局部熔体必 然 具有 高温 和大温度 梯度 的特性 . 但 是 , 因熔 体 内较 强 的对流作用 , 使其温度 分布很 快均 匀 . 温 度场存 在一 个 与流 动相 同的规律是 , 在侧壁 和底 壁 的交界 处是低 温 区 . 一 0 . 2 一 0 . 2 : 一 .0 4 嚣 一 \ 一 / 杰 一 0 . 6 0 0 . 5 5 2 ￡ /(m , · s , ) 图 5 湍动能耗散率的分布 0 0 . 5 1 对m 图 6 温度场 的分布 5 结论 ( l) 建立 了 75 t 直流 电弧 炉熔池 内的数 学模 型 . 控 制方 程 包括磁 场强度 输运方 程 、 流 函