D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.07.036 第31卷第7期 北京科技大学学报 Vol.31 No.7 2009年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jd.2009 多流中间包流动特征的数学模型 潘宏伟程树森 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要提出了针对多流中间包流动特征的数学模型，给出了绘制停留时间分布(RTD)曲线的标准及其相关计算的规范：明 确了“死区“的特性，并计算了其体积分数；模型中考虑到了短路流，指出计算短路流的方法·模型可以更好地刻画活塞流的流 动特性 关键词中间包：停留时间分布：短路流：死区：水模型：数值模拟 分类号TF777.2 Mathematical model of flow characterization in multi-strand continuous casting tundishes PAN Hong"wei,CHENG Shu-sen School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT A mathematical model of flow characterization in multi-strand continuous casting tundishes was attempted to put for- ward,the standard of plotting residual time distribution (RTD)curves was definitely presented and a relative calculation method was proposed.The feature of dead region was carefully studied and a method to calculate its volume fraction was given in the model. What's more,the model considers bypass flow and proposes a method to calculate its volume fraction.Experimental results show that this new model can better capture the difference between the reality flow pattern and the ideal plug flow pattern and reflects the fea- ture of plug flow· KEY WORDS tundish:residual time distribution (RTD):bypass flow dead region:water model:mathematical simulation 中间包是连续操作的反应器，也是高质量钢材 1O0%.文献[9]在Sahai提出的模型基础上，将单流 生产流程中关键一环可].按流动方式的不同，中 中间包的数学模型引用到多流中间包，除此之外， 间包内可分为短路流区、活塞流区、返混流区和死 多流中间包流动特征的数学模型研究很少见到报 区，四个区域的体积分数反映了中间包内的流动特 道。经过仔细分析，发现现有数学模型仍存在亟待 征，本文研究中间包流动特征的数学模型的目的就 完善之处：①模型中没有提出与之紧密相关的停留 是要建立合理的数学表达式，根据表达式计算出中 时间分布(RTD)曲线的绘制标准，使冶金工作者在 间包内各区域的体积分数.Sahai在文献[G-7]提出 这一问题上认识不统一；②模型中没有涉及短路流， 了基于单流中间包的流动特征数学模型：此后国内 而短路流显著影响着中间包治金工艺：③在计算死 外治金工作者常常借用该模型计算多流中间包问 区体积分数时将死区视为绝对的静止，这不符合实 题，但计算结果不尽如人意，各流股对应的相同区域际情况，在一些情况下利用Saai的模型计算得到 体积分数之和往往偏大，甚至大于100%，这是不符 死区的体积分数为负，文献[10]中对此进行了陈述； 合实际情况的，且流股越多，和的数值越大，如文献 ④模型不能全面体现活塞流的流动特性，因此，进 [8]中各流股对应的返混区体积分数之和大于 一步研究多流中间包流动特征的数学模型，完善多 收稿日期：2008-07-31 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.60872147) 作者简介：潘宏伟(1984-)，男，博士研究生，E mail:pan5025@163.com:程树森(1964一)，男，教授，博士生导师多流中间包流动特征的数学模型 潘宏伟 程树森 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 摘 要 提出了针对多流中间包流动特征的数学模型‚给出了绘制停留时间分布（RTD）曲线的标准及其相关计算的规范；明 确了“死区”的特性‚并计算了其体积分数；模型中考虑到了短路流‚指出计算短路流的方法．模型可以更好地刻画活塞流的流 动特性． 关键词 中间包；停留时间分布；短路流；死区；水模型；数值模拟 分类号 TF777∙2 Mathematical model of flow characterization in mult-i strand continuous casting tundishes PA N Hong-wei‚CHENG Shu-sen School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT A mathematical model of flow characterization in mult-i strand continuous casting tundishes was attempted to put for￾ward‚the standard of plotting residual time distribution （RTD） curves was definitely presented and a relative calculation method was proposed．T he feature of dead region was carefully studied and a method to calculate its volume fraction was given in the model． What’s more‚the model considers bypass flow and proposes a method to calculate its volume fraction．Experimental results show that this new model can better capture the difference between the reality flow pattern and the ideal plug flow pattern and reflects the fea￾ture of plug flow． KEY WORDS tundish；residual time distribution （RTD）；bypass flow；dead region；water model；mathematical simulation 收稿日期：2008-07-31 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．60872147） 作者简介：潘宏伟（1984—）‚男‚博士研究生‚E-mail：pan5025＠163．com；程树森（1964—）‚男‚教授‚博士生导师 中间包是连续操作的反应器‚也是高质量钢材 生产流程中关键一环［1—5］．按流动方式的不同‚中 间包内可分为短路流区、活塞流区、返混流区和死 区．四个区域的体积分数反映了中间包内的流动特 征．本文研究中间包流动特征的数学模型的目的就 是要建立合理的数学表达式‚根据表达式计算出中 间包内各区域的体积分数．Sahai 在文献［6—7］提出 了基于单流中间包的流动特征数学模型；此后国内 外冶金工作者常常借用该模型计算多流中间包问 题‚但计算结果不尽如人意‚各流股对应的相同区域 体积分数之和往往偏大‚甚至大于100％‚这是不符 合实际情况的‚且流股越多‚和的数值越大‚如文献 ［8］ 中各流股对应的返混区体积分数之和大于 100％．文献［9］在 Sahai 提出的模型基础上‚将单流 中间包的数学模型引用到多流中间包．除此之外‚ 多流中间包流动特征的数学模型研究很少见到报 道．经过仔细分析‚发现现有数学模型仍存在亟待 完善之处：①模型中没有提出与之紧密相关的停留 时间分布（RTD）曲线的绘制标准‚使冶金工作者在 这一问题上认识不统一；②模型中没有涉及短路流‚ 而短路流显著影响着中间包冶金工艺；③在计算死 区体积分数时将死区视为绝对的静止‚这不符合实 际情况‚在一些情况下利用 Sahai 的模型计算得到 死区的体积分数为负‚文献［10］中对此进行了陈述； ④模型不能全面体现活塞流的流动特性．因此‚进 一步研究多流中间包流动特征的数学模型‚完善多 第31卷 第7期 2009年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．7 Jul．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．07．036