赵立华等：RH真空室内气泡行为的研究 ·455· 表2不同真空室液面高度下模型气量与实际吹气量对应关系 Table 2 Relation between the model and the actual lifting gas flow under different liquid level in vacuum chamber 模型气量/(L~miml) 真空室液面 实际气量 实际气量 实际气量 实际气量 实际气量 实际气量 实际气量 高度/mm 1500L·mim-1 2000L.·min-1 2500 Lmin-! 3000L·min-1 3500 L.min-1 4000Lmin-1 4500L·min-l 30 3.25 4.33 5.41 6.49 7.57 8.65 3.25 40 3.18 4.25 5.31 6.37 7.43 8.49 3.18 50 3.13 4.17 5.21 6.25 7.30 8.34 3.13 60 3.07 4.10 5.12 6.15 7.17 8.20 3.07 言 3.02 4.03 5.04 6.04 7.05 8.06 3.02 80 2.97 3.96 4.95 5.94 6.94 7.93 2.97 90 2.93 3.90 4.88 5.85 6.83 7.80 2.93 100 2.88 3.84 4.80 5.76 6.72 7.68 2.88 110 2.84 3.78 4.73 5.68 6.62 7.57 2.84 响RH的循环效果 0.44 (7) 通过上升管与下降管中钢液流速的关系以及含 气率与液体流速之间的经验公式，可以推导出上升 气泡从脱离到上升过程中在几个气泡直径的高 管内含气率与下降管流速之间的关系，上升管中钢 度内就能达到气泡终速度，并以此速度继续上升 液与下降管中液体间的速度关系如下： 所以气泡的停留时间可以由气泡行程H,与气泡速 1 1- (2) 度的比值近似获取.不同吹气量下，气泡停留时 间可以由下式计算： 0.68 B=0.647 v+v (u.)04 (3) (8) 4Q= (4) 式中，H为气泡行程，m;,为气泡上升稳定速度， 0= m·s-l 0.68 B=0.647 40. .34 2实验结果与讨论 "+ 40×(1-B 有学者研究表明在H内气泡上升后期未到达 (5) 真空室表面阶段，气泡速度稳定，匀速上升的.而 式中，，为下降管中液体流速，m·s1;为上升管中 且在上升阶段后期，气泡匀速上升，与钢液间相对黏 液体流速，ms1;,为真空室内液体流速，ms:Q。 性力较小 为吹入的气体量，msl;d,为上升管直经，m;B为上 真空室内气体主要来自于上升管内，气液两相 升管含气率. 流从管内到真空室表面的运动过程，类似于喷泉涌 气泡通常不是刚体，运动过程中在力的作用下 动，在钢液表面向四周运动，上升管侧真空室内壁距 会发生形变，因此气泡在上升过程中主要受到流体 离上升中心较近，钢液撞击真空室上升管侧内壁，产 浮力、黏性力和变形阻力的作用，当这些作用力的合 生改变运动方向的反作用力，沿着真空室环形壁面 力为零时，气泡以匀速上升，由于气泡向上运动提 进行流动.从真空室正面的主视图可以观察到，真 供RH内循环的动力，所以当气泡稳定运行过后，气 空室壁面附近的两相流随着钢液的运动逐渐减少， 泡与钢液间的黏性阻力是一定的，这与当液体不流 当越过真空室中部时逐渐消失. 动时，气泡所受的向下的阻力是一样的.有学者研 随着提升气体量的不断增加，气泡的种类发生 究表明当上升管中气液两相流处于雷诺数R> 改变，当提升气体量较低时，气泡主要存在形式为球 5000,奥托斯数大于18时，气泡的相对上升速度可 帽形大气泡，存在极少量球形小气泡.图1中(1)~ 以表示为如下所示，式中d,为气泡的直径： (6)分别对应真空室液面高度为80mm时，提升气 =1.02x(学) 体流量为1500、2000、2500、3000、3500和4000L· (6) min-时真空室内气泡的存在形式，随着气体量的增赵立华等: ＲH 真空室内气泡行为的研究 表 2 不同真空室液面高度下模型气量与实际吹气量对应关系 Table 2 Ｒelation between the model and the actual lifting gas flow under different liquid level in vacuum chamber 真空室液面 高度/mm 模型气量/( L·min － 1 ) 实际气量 1500 L·min － 1 实际气量 2000 L·min － 1 实际气量 2500 L·min － 1 实际气量 3000 L·min － 1 实际气量 3500 L·min － 1 实际气量 4000 L·min － 1 实际气量 4500 L·min － 1 30 3. 25 4. 33 5. 41 6. 49 7. 57 8. 65 3. 25 40 3. 18 4. 25 5. 31 6. 37 7. 43 8. 49 3. 18 50 3. 13 4. 17 5. 21 6. 25 7. 30 8. 34 3. 13 60 3. 07 4. 10 5. 12 6. 15 7. 17 8. 20 3. 07 70 3. 02 4. 03 5. 04 6. 04 7. 05 8. 06 3. 02 80 2. 97 3. 96 4. 95 5. 94 6. 94 7. 93 2. 97 90 2. 93 3. 90 4. 88 5. 85 6. 83 7. 80 2. 93 100 2. 88 3. 84 4. 80 5. 76 6. 72 7. 68 2. 88 110 2. 84 3. 78 4. 73 5. 68 6. 62 7. 57 2. 84 响 ＲH 的循环效果． 通过上升管与下降管中钢液流速的关系以及含 气率与液体流速之间的经验公式，可以推导出上升 管内含气率与下降管流速之间的关系，上升管中钢 液与下降管中液体间的速度关系如下［13］: v'l = vl 1 － β ( 2) β = 0. 647 ( vl vl + v ) s 0. 68 ( vs) 0. 34 ( 3) vs = 4Qg πd2 0 ( 4) β ( = 0. 647 vl vl + 4Qg πd2 0 × ( 1 － β ) ) ( 0. 68 4Qg πd2 ) 0 0. 34 ( 5) 式中，vl为下降管中液体流速，m·s － 1 ; v' l为上升管中 液体流速，m·s － 1 ; vs为真空室内液体流速，m·s － 1 ; Qg 为吹入的气体量，m·s － 1 ; d0为上升管直经，m; β 为上 升管含气率． 气泡通常不是刚体，运动过程中在力的作用下 会发生形变，因此气泡在上升过程中主要受到流体 浮力、黏性力和变形阻力的作用，当这些作用力的合 力为零时，气泡以匀速上升． 由于气泡向上运动提 供 ＲH 内循环的动力，所以当气泡稳定运行过后，气 泡与钢液间的黏性阻力是一定的，这与当液体不流 动时，气泡所受的向下的阻力是一样的． 有学者研 究表明当上升管中气液两相流处于雷诺数 Ｒe ＞ 5000，奥托斯数大于 18 时，气泡的相对上升速度可 以表示为如下所示［14］，式中 db为气泡的直径: vb = 1. 02 × ( gdb ) 2 0. 5 ( 6) db = 6. 9·( σ ρ ) water 0. 5 ·( 4Qg πd2 ) 0 0. 44 ( 7) 气泡从脱离到上升过程中在几个气泡直径的高 度内就能达到气泡终速度，并以此速度继续上升． 所以气泡的停留时间可以由气泡行程 Hb与气泡速 度 vb的比值近似获取． 不同吹气量下，气泡停留时 间可以由下式计算: tb = Hb vb ( 8) 式中，Hb 为气泡行程，m; vb 为气泡上升稳定速度， m·s － 1 ． 2 实验结果与讨论 有学者研究表明在 ＲH 内气泡上升后期未到达 真空室表面阶段，气泡速度稳定，匀速上升［15］． 而 且在上升阶段后期，气泡匀速上升，与钢液间相对黏 性力较小． 真空室内气体主要来自于上升管内，气液两相 流从管内到真空室表面的运动过程，类似于喷泉涌 动，在钢液表面向四周运动，上升管侧真空室内壁距 离上升中心较近，钢液撞击真空室上升管侧内壁，产 生改变运动方向的反作用力，沿着真空室环形壁面 进行流动． 从真空室正面的主视图可以观察到，真 空室壁面附近的两相流随着钢液的运动逐渐减少， 当越过真空室中部时逐渐消失． 随着提升气体量的不断增加，气泡的种类发生 改变，当提升气体量较低时，气泡主要存在形式为球 帽形大气泡，存在极少量球形小气泡． 图 1 中( 1) ～ ( 6) 分别对应真空室液面高度为 80 mm 时，提升气 体流量为 1500、2000、2500、3000、3500 和 4000 L· min － 1时真空室内气泡的存在形式，随着气体量的增 · 554 ·