第11期 王耀等：钢液中球状夹杂物颗粒受力情况的数值模拟 ·1441· 300 60 150 30 -30 -150 -60 300(a () 0.0020.0040.0060.008 0.010 90 0.002 0.0040.0060.0080.010 时问/s 时间/s 10 △ 10 △ △△△—△△ 9008 0 -10 -0 -15 (c) -15 000口 (d) 000 一0000 0.0020.0040.0060.0080.010 0.0020.0040.0060.0080.010 时间/s 时间/s a-Basset力 △质量力 小虚拟质量力 o-Brown力 v-Stokes力b-压方梯度 图4数值模拟得到的均匀湍流场中夹杂物颗粒运动过程中的受力情况.(a)颗粒直径D=5m;(b)颗粒直径D=l0um:(c)颗 粒直径D=50um:(d)颗粒直径D=100m Fig.4 Force condition of inclusion particles in homogeneous turbulence field calculated by numeric simulation:(a)particle diameter D=5 um;(b)particle diameter D=10 um;(c)particle diameter D=50 um;(c)particle diameter D=100 um 名 40 受压力梯度力、虚拟质量力、Saffman力及Magnus 力较小可以忽略不计. 32 (2)静止钢液和均匀湍流场中，随着夹杂物颗 24 粒尺寸的变大，颗粒所受Brown力逐渐衰减.当夹 杂物颗粒直径大于20um时，颗粒所受Brown力 16 基本不会对其运动造成影响，可以忽略不计 (3)静止钢液和均匀湍流场中，小于10m的 夹杂物颗粒布朗运动较为剧烈.单位质量夹杂物颗 -0 粒所受Basset力和Brown力较大，成为主导夹杂 10 2030 40 50 物颗粒运动的主要作用力：尺寸较大的夹杂物颗粒 夹杂物颗粒直径/μm (直径D>50um),Basset力、质量力和Stokes力共 图5 数值模拟得到的夹杂物颗粒所受Brown力平均值随 同作用影响夹杂物颗粒的运动、碰撞和去除 尺寸变化规律 Fig.5 Relationship between average Brown force and inclu- 参考文献 sion particle size calculated by numeric simulation [1]Zhang B W,Li B W,Liu Z X.Mathematical simulation 3结论 to the moving trajectory of inclusion particles of tundish in continuous casting process.J Baotou Univ Iron Steel (1)静止钢液和均匀湍流场中，夹杂物颗粒所 Technol,1999.18(2:125第 11 期 王 耀等：钢液中球状夹杂物颗粒受力情况的数值模拟 1441 ·· 图 4 数值模拟得到的均匀湍流场中夹杂物颗粒运动过程中的受力情况. (a) 颗粒直径 D=5 µm; (b) 颗粒直径 D=10 µm; (c) 颗 粒直径 D=50 µm; (d) 颗粒直径 D=100 µm Fig.4 Force condition of inclusion particles in homogeneous turbulence field calculated by numeric simulation: (a) particle diameter D=5 µm; (b) particle diameter D=10 µm; (c) particle diameter D=50 µm; (c) particle diameter D=100 µm 图 5 数值模拟得到的夹杂物颗粒所受 Brown 力平均值随 尺寸变化规律 Fig.5 Relationship between average Brown force and inclu￾sion particle size calculated by numeric simulation 3 结论 (1) 静止钢液和均匀湍流场中，夹杂物颗粒所 受压力梯度力、虚拟质量力、Saffman 力及 Magnus 力较小可以忽略不计. (2) 静止钢液和均匀湍流场中，随着夹杂物颗 粒尺寸的变大，颗粒所受 Brown 力逐渐衰减. 当夹 杂物颗粒直径大于 20 µm 时，颗粒所受 Brown 力 基本不会对其运动造成影响，可以忽略不计. (3) 静止钢液和均匀湍流场中，小于 10 µm 的 夹杂物颗粒布朗运动较为剧烈. 单位质量夹杂物颗 粒所受 Basset 力和 Brown 力较大，成为主导夹杂 物颗粒运动的主要作用力；尺寸较大的夹杂物颗粒 (直径 D>50 µm)，Basset 力、质量力和 Stokes 力共 同作用影响夹杂物颗粒的运动、碰撞和去除. 参 考 文 献 [1] Zhang B W, Li B W, Liu Z X. Mathematical simulation to the moving trajectory of inclusion particles of tundish in continuous casting process. J Baotou Univ Iron Steel Technol, 1999, 18(2): 125