第4期 于会香等：结晶器内钢液流动特性的优化 ·479。 结品器窄面50mm处的波高和表面流速仍然最大. 渣熔化就好，有利于改善结晶器的传热但是也容易 数值模拟中水口出口角度对表面流速的影响见 造成保护渣的卷入.水口出口角度大，则传递至结 图4.由图可见，结晶器自由表面钢液流速的分布规 晶器液面的热量少，保护渣熔化不好，恶化结晶器的 律是，随着距结晶器窄面距离的增大，表面流速先增 传热同时也容易造成固态保护渣的卷入. 大后减小，在1/4结晶器宽度处表面流速达到最大 总之，随着水口出口角度的增大，波高和表面流 值.水模型研究发现表面流速呈先增大后减小的 速呈减小的趋势，15°水口对应的表面流速的最大值 变化趋势，但规律没有数值模拟明显.两者的主要 明显小于10°水口所对应的数值：这就表明15°水口 差别在于数值模拟时将结晶器液面设定为自由表 下钢液传递到自由表面的动量较小，带去的热量也 面，而水模型的结晶器液面则是波动的.这样，数模 就较少，导致保护渣的熔化效果不好.10水口则和 计算中结晶器液面的动量只表现为流体的水平运动 8°水口的效果相当. (即表面流速)：而水模型中动量除了表现为流体的 2.2水口出口角度对结晶器内压力分布的影响 水平运动（即表面流速，还有流体的垂直运动（即波 图5为出口角度分别为0和向下15°时结晶器 高).随着出口角度的增大，表面流速降低，这与水 厚度方向中心面上水口一侧的等压曲线.由图可 模型观察到的结果是一致的.15°水口对应的表面 见：(1)在水口出口处，15°水口的射流压力大于0°水 流速的最大值明显小于10水口所对应的数值，而 口，最大压力的差值约90P(2)向下15°水口的射 10水口和8水口的表面流速相差不大. 流股在结晶器窄面的冲击点较0°水口的冲击点深， 0.32 冲击点距水口出口水平中心线的距离分别约为 ra 0.24 400mm和300mm:(3)在结晶器窄面的撞击点处，0° 水口的压力大于向下15°水口的压力，数值分别为 0.16 90Pa和65Pa:(4)在撞击点以下，距水口出口水平 010° 0.08 -15s 中心线相同深度的位置上，15°水口射流对窄面的压 力要大于0水口射流的压力.这就表明0°水口射流 200 400 600 800 1000 对上部结晶器窄面的冲刷大于15°水口，对下部结 距结品器窄面距离mm 晶器窄面的冲击小于15水口.其主要原因是：向下 图4水口出口角度对表面流速的影响 15°水口的射流股运动轨迹路线比较长，射流股动能 Fig.4 Relationship between nozle port angle and surface velocity 沿程损失大，所以射流在撞击点位置对结晶器窄面 结晶器内的波高和表面流速反应了射流传递至 的冲击小于0水口：0水口向上的分流量多，带去的 结晶器液面的热量的多少和保护渣的卷入程度.水 动能大，对上部结晶器窄面坯壳的冲击大.15°水口 口出口角度小，则传递至结晶器液面的热量多，保护 向下的分流量多，对下部结晶器窄面坯壳的冲击大. (b) E100 100 200 200 300 400 400 压力单位，Pa 压力单位，Pa 50 000900800700600500400300200100 6900090080700605004030020i00 距水口轴线的距离mm 距水口轴线的距离/mm 图5水口角度对结品器内压力分布的影响.(a)0水口：凸)向下15水口 Fig 5 Relationship betw een nozzle port ange and pressure distribution in the mold:(a)SEN (b)15 SEN 图6为数值模拟出的不同水口出口角度下，钢 为8°、10和15°.可以看出，钢液对结晶器窄面动压 液对结晶器窄面坯壳的动压力，水口出口角度分别 力的分布规律是：(1)随着距弯月面距离的增大，动压结晶器窄面 50 mm 处的波高和表面流速仍然最大. 数值模拟中水口出口角度对表面流速的影响见 图4 .由图可见 ,结晶器自由表面钢液流速的分布规 律是 ,随着距结晶器窄面距离的增大,表面流速先增 大后减小 ,在 1/4 结晶器宽度处,表面流速达到最大 值.水模型研究发现, 表面流速呈先增大后减小的 变化趋势,但规律没有数值模拟明显.两者的主要 差别在于数值模拟时将结晶器液面设定为自由表 面,而水模型的结晶器液面则是波动的.这样, 数模 计算中结晶器液面的动量只表现为流体的水平运动 (即表面流速);而水模型中动量除了表现为流体的 水平运动(即表面流速), 还有流体的垂直运动(即波 高).随着出口角度的增大 , 表面流速降低 , 这与水 模型观察到的结果是一致的.15°水口对应的表面 流速的最大值明显小于 10°水口所对应的数值 , 而 10°水口和 8°水口的表面流速相差不大 . 图 4 水口出口角度对表面流速的影响 Fig.4 Relationship between nozzle port angle and surf ace velocity 结晶器内的波高和表面流速反应了射流传递至 结晶器液面的热量的多少和保护渣的卷入程度 .水 口出口角度小, 则传递至结晶器液面的热量多 ,保护 渣熔化就好 ,有利于改善结晶器的传热,但是也容易 造成保护渣的卷入 .水口出口角度大 ,则传递至结 晶器液面的热量少 ,保护渣熔化不好 ,恶化结晶器的 传热,同时也容易造成固态保护渣的卷入 . 总之,随着水口出口角度的增大 ,波高和表面流 速呈减小的趋势, 15°水口对应的表面流速的最大值 明显小于 10°水口所对应的数值 ;这就表明 15°水口 下钢液传递到自由表面的动量较小, 带去的热量也 就较少, 导致保护渣的熔化效果不好.10°水口则和 8°水口的效果相当. 2.2 水口出口角度对结晶器内压力分布的影响 图 5 为出口角度分别为 0°和向下 15°时结晶器 厚度方向中心面上水口一侧的等压曲线 .由图可 见 :(1)在水口出口处, 15°水口的射流压力大于 0°水 口 ,最大压力的差值约 90 Pa;(2)向下 15°水口的射 流股在结晶器窄面的冲击点较 0°水口的冲击点深, 冲击点距水口出口水平中心线的距离分别约为 400 mm和 300 mm ;(3)在结晶器窄面的撞击点处, 0° 水口的压力大于向下 15°水口的压力, 数值分别为 90 Pa 和 65 Pa;(4)在撞击点以下 ,距水口出口水平 中心线相同深度的位置上, 15°水口射流对窄面的压 力要大于 0°水口射流的压力 .这就表明 0°水口射流 对上部结晶器窄面的冲刷大于 15°水口, 对下部结 晶器窄面的冲击小于 15°水口 .其主要原因是:向下 15°水口的射流股运动轨迹路线比较长 ,射流股动能 沿程损失大, 所以射流在撞击点位置对结晶器窄面 的冲击小于 0°水口 ;0°水口向上的分流量多, 带去的 动能大, 对上部结晶器窄面坯壳的冲击大 .15°水口 向下的分流量多, 对下部结晶器窄面坯壳的冲击大. 图 5 水口角度对结晶器内压力分布的影响.(a)0°水口;(b)向下 15°水口 Fig.5 Relationship betw een nozzle port angle and pressure distribution in the mold:(a)0°SEN ;(b)15°SEN 图 6 为数值模拟出的不同水口出口角度下 , 钢 液对结晶器窄面坯壳的动压力 , 水口出口角度分别 为 8°、10°和 15°.可以看出,钢液对结晶器窄面动压 力的分布规律是:(1)随着距弯月面距离的增大,动压 第 4 期 于会香等:结晶器内钢液流动特性的优化 · 479 ·