任磊等：基于PV技术的板坯连铸结晶器内钢水流动行为研究 ·1395· 75 表1原型与模型的主要参数 49.75 2 Table 1 Parameters of the actual and water model 参数 结晶器原型 1/4水模型 断面尺寸/mm2 200×2040 50×510 结品器长/mm 900 550 工作液位/mm 100 水口浸入深度/mm 160 35 拉速/(m'min-1) 0.85 0.50.6 13.75 单位：mm 16.25 通过连续两次或多次曝光，粒子的图像被记录在底片 φ27.5 上或电荷耦合器件相机上，摄取该区域粒子图像的帧 图3实验所用水口结构及尺寸 序列，并记录相邻两帧图像序列之间的时间间隔，进行 Fig.3 Geometric of the submerged entry nozzle (SEN) 图像相关分析识别示踪粒子图像的位移，从而得到流 体的速度场.图4所示为粒子图像测速技术原理图. 加速度，ms2;下标m代表模型：下标p代表原型 图中T,为激光1发射时刻，us:T,为激光2发射时刻， 本文在利用粒子图像测速技术研究结晶器内部流 us;△L为T2-T,时间内示踪粒子移动的距离，m:V为 动特征后发现，在拉速为0.425m·min时，流态中单 T,-T,时间内示踪粒子的运动速度，ms 辊流所占比例较多，原因是结晶器原型为宽幅（宽厚 本实验粒子图像测速激光发射器采用北京镭宝光 比为11：1)，钢液从水口射出后要经过很长一段距离 电技术有限公司生产的型号为Vite380脉冲固体激光 才能到达窄面，动能损失较多，冲击点下移，导致上回 器系统，电荷耦合器件采用美国T$公司生产的型号 流较弱.因此，考虑适当提高连铸拉速.将水模型拉 为63062相机，运用Insight4G软件对图像分析处理 速从满足相似比的0.425m·min提升至0.5m· 拍摄模式为序列模式，数量设置为100，激光脉冲频率 min',但是拉速不能一味提高，需要考虑现场连铸的 为1.92Hz(相邻两个瞬态的时间间隔为频率的倒数， 节奏、液面波动等情况，因此本文对比了提升拉速后两 即0.52s,在结晶器液位稳定下抓拍100个瞬态)，那 种拉速0.5m'min和0.6mmin下结晶器内的流动 么连续抓拍时间为52s左右，激光延迟选择400μs,粒 特征及对称性.表1为结晶器原型与模型的主要参数 子图像测速曝光选择410μs,计算速度矢量时两帧时 对比. 间间隔1200us. 1.2粒子图像测速系统 粒子图像测速技术系统包括激光光源系统、激光 2结果分析与讨论 器电源、同步控制器、计算机以及电荷耦合器件 2.1结晶器内流态显示及流速测量 (charge coupled device,CCD)相机，其原理为在流场中 图5为拉速0.5m·min结晶器内不同时刻典型 散播示踪粒子，用脉冲激光片光源照射所测流场区域， 流态，将开始拍摄时刻记为0s.由图5(a)可知，距开 结晶器水模型 光路传输系统 激光发射器 CCD相机 日同步器 2 v= △L T-T T激光1 T,:激光2 澈光器电源 图像分析处理 图4粒子图像测速技术原理图 Fig.4 Prineiple of PIV任 磊等: 基于 PIV 技术的板坯连铸结晶器内钢水流动行为研究 图 3 实验所用水口结构及尺寸 Fig． 3 Geometric of the submerged entry nozzle ( SEN) 加速度，m·s － 2 ; 下标 m 代表模型; 下标 p 代表原型． 图 4 粒子图像测速技术原理图 Fig． 4 Principle of PIV 本文在利用粒子图像测速技术研究结晶器内部流 动特征后发现，在拉速为 0. 425 m·min － 1时，流态中单 辊流所占比例较多，原因是结晶器原型为宽幅( 宽厚 比为 11∶ 1) ，钢液从水口射出后要经过很长一段距离 才能到达窄面，动能损失较多，冲击点下移，导致上回 流较弱． 因此，考虑适当提高连铸拉速． 将水模型拉 速从满足相似比的 0. 425 m·min － 1 提 升 至 0. 5 m· min － 1，但是拉速不能一味提高，需要考虑现场连铸的 节奏、液面波动等情况，因此本文对比了提升拉速后两 种拉速 0. 5 m·min － 1和 0. 6 m·min － 1下结晶器内的流动 特征及对称性． 表 1 为结晶器原型与模型的主要参数 对比． 1. 2 粒子图像测速系统 粒子图像测速技术系统包括激光光源系统、激光 器电 源、同 步 控 制 器、计 算 机 以 及 电 荷 耦 合 器 件 ( charge coupled device，CCD) 相机，其原理为在流场中 散播示踪粒子，用脉冲激光片光源照射所测流场区域， 表 1 原型与模型的主要参数 Table 1 Parameters of the actual and water model 参数 结晶器原型 1 /4 水模型 断面尺寸/mm2 200 × 2040 50 × 510 结晶器长/mm 900 550 工作液位/mm 100 25 水口浸入深度/mm 160 35 拉速/( m·min － 1 ) 0. 85 0. 5; 0. 6 通过连续两次或多次曝光，粒子的图像被记录在底片 上或电荷耦合器件相机上，摄取该区域粒子图像的帧 序列，并记录相邻两帧图像序列之间的时间间隔，进行 图像相关分析识别示踪粒子图像的位移，从而得到流 体的速度场． 图 4 所示为粒子图像测速技术原理图． 图中 T1为激光 1 发射时刻，μs; T2为激光 2 发射时刻， μs; ΔL 为 T2--T1时间内示踪粒子移动的距离，m; V 为 T2--T1时间内示踪粒子的运动速度，m·s － 1 ． 本实验粒子图像测速激光发射器采用北京镭宝光 电技术有限公司生产的型号为 Vlite380 脉冲固体激光 器系统，电荷耦合器件采用美国 TSI 公司生产的型号 为 63062 相机，运用 Insight 4G 软件对图像分析处理． 拍摄模式为序列模式，数量设置为 100，激光脉冲频率 为 1. 92 Hz ( 相邻两个瞬态的时间间隔为频率的倒数， 即 0. 52 s，在结晶器液位稳定下抓拍 100 个瞬态) ，那 么连续抓拍时间为 52 s 左右，激光延迟选择 400 μs，粒 子图像测速曝光选择 410 μs，计算速度矢量时两帧时 间间隔 1200 μs． 2 结果分析与讨论 2. 1 结晶器内流态显示及流速测量 图 5 为拉速 0. 5 m·min － 1结晶器内不同时刻典型 流态，将开始拍摄时刻记为 0 s． 由图 5( a) 可知，距开 · 5931 ·