24· 北京科技大学学报 2004年第1期 (b) 图3生成微小气泡的水模实验 Fig.3 Water modeling experiment for formation of fine bubbles (a)中标明的方形区域的放大照片，照片中白色斑 1.0F 点为弥散气泡，从中看见，大量的气泡尺寸在1 水流 0.8 mm左右， 0.6 钢液流 3保护套管中流体的压力发布 出 0.4 △实验值周 通过测量流体中压力分布及变化，可以分析 0.2 气体在流体中的扩散和分布，在保护套管中，假 0.0L 设流体与管壁的摩擦忽略不计，则管中流体的压 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 力分布可采用伯努利方程进行计算： 距滑板位置m 之+gz+2=C 图4套管中流体压力分布 (4) Fig.4 Pressure of the flows along the shroud 式中，C为常量.中间包液面的压力为1.0133×10 Pa,因此计算套管中距中间包液面z(m)处的流体 采用同样方法，本文对钢液在保护套管中的 压力pPa)为： 压力分布进行了计算，结果为图4中虚线所示. ga+日-号1018310 (5) 当滑板开口度为50%，钢液流量分别为0.006和 p p 由式(4) 0.012ms时，紧靠滑板下方的钢液中压力分别为 p=1013x10n2- 0.243,-0.200N/m2.出现负压力是不可能的，此 (6) 时，将在滑板下方出现空穴. 当滑动水口的开启度为100%时，流体在保护套 当向套管中吹入惰性气体时，气体被流体击 管中的速度可近似认为不变，式（⑥）中v,和相等， 碎，并向流体中分散，流体的密度发生变化，由伯 则： 努利方程可知，流体的压力分布将发生变化，根 p=1.0133×10-pgz (7) 据测量流体中压力分布及其变化，可分析气泡在 此时，套管中注流的压力与其距中间包液面的距 流体中的分散情况. 离成线性关系， 当滑动水口的开启度小于100%时，注流的 4结论 压力可按式(6)估算，由于注流在套管进出口处 的速度和不同，因此压力与流体距中间包液 向钢包保护套管中吹入惰性气体，利用套管 面的距离不成线性关系.但在套管中下部，流体 中湍急的钢液流将气体离散为弥散徽小气泡，将 的速度趋于与套管出口处速度相等，流体的压力 促进气泡与钢中夹杂物的碰撞和粘附，提高中间 可按式（⑦）估算，套管中流体的压力趋于与其距 包中夹杂物的去除率.本文通过对不同浇注条件 中间包液面的距离成线性关系， 下注流在保护套管中能量分散强度的分析，研究 本文采用式(6)和(7)对水模实验没有吹气时 了气体在保护套管中的弥散行为，并采用伯努利 保护套管中水流压力进行计算，并与文献[8]的 方程对保护套管中注流的压力分布进行了估算， 测量结果进行了比较，结果如图4所示，本文计 理论计算结果与文献报道和实验室水模实验一 算结果与文献结果相近， 致北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 4 年 第 1 期 图 3 生 成微 小气 泡的水 模 实验 F论 · 3 W a et r m o d e inl g e x P e r im e n t of r of r m a Oit n o f血 e b u b b l e s a( )中标 明的 方形区域 的放 大照 片 , 照片 中 白色 斑 点为弥 散气 泡 , 从 中看见 , 大量 的 气泡 尺 寸在 1 m m 左右 . 水流 钢液流 △ 实 验值`叼 个日 · 运长田 气` 0 : nUO 3 保 护 套 管 中流 体 的压 力发 布 通 过测 量流 体 中压 力分 布 及变 化 , 可 以分 析 气体 在 流体 中的扩 散和 分 布 . 在 保护 套 管 中 , 假 设流体 与 管壁 的摩擦 忽 略不计 , 则管 中流 体 的压 力 分布 可采 用伯 努利 方 程进 行 计算 : 荟 十刃津 一 c ` 一 P ( 4 ) 0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 8 距 滑板 位 置/ m 图 4 套管 中流 体压 力分 布 F ig · 4 P 二s s u r e o f t h e fl ow s a l o o g th e s h , u d 式中 , C 为常 量 . 中 间包 液面 的压 力为 1 . 01 3 3x l护 aP , 因此计 算 套管 中距 中间包 液 面(z m )处 的流 体 压 力P口a) 为 : 车转丝些竺 ( 5) 由式 (4) 得 : , 一 ` · ” ` , , · ` 0 5 , !掣 一 二 ! (6 ) 当滑 动 水 口 的开启 度 为 10 0% 时 , 流体 在 保护 套 管 中的速度 可近 似 认为不变 , 式 (6) 中v ,和巧 相 等 , 则 : 尸 = 1 . 0 13 3 X 10 , 一户岁 ( 7 ) 此时 , 套 管 中注 流 的压 力与其 距 中 间包液 面 的距 离成 线性 关 系 . 当滑动 水 口 的开 启度 小 于 10 % 时 , 注 流 的 压 力 可按 式 (6) 估 算 , 由于注 流 在套 管进 出 口 处 的速度 v , 和姚 不 同 , 因此 压力 与流 体 距 中 间包液 面 的 距离 不成 线性 关系 . 但 在 套管 中下 部 , 流体 的速 度 趋于 与套 管 出 口 处速 度 相等 , 流 体 的压 力 可 按 式 (7) 估 算 , 套管 中流 体 的压 力 趋于 与 其距 中间包 液 面 的距离 成 线性 关 系 . 本文 采用 式 (6 ) 和 ( 7) 对 水模 实 验 没有 吹气 时 保 护套 管 中水 流压 力 进行 计算 , 并 与文 献 【8] 的 测量 结 果进 行 了 比 较 . 结 果如 图 4 所 示 , 本文 计 算 结 果与文 献 结果 相近 . 采 用 同样 方法 , 本文对 钢 液在 保 护套 管 中的 压 力分 布进 行 了计 算 , 结 果为 图 4 中虚 线所 示 . 当滑 板 开 口 度 为 50 % , 钢液 流 量 分别 为 .0 0 6 和 .0 0 12 m 3 / s 时 , 紧靠滑 板 下方 的钢 液 中压力 分别 为 .0 24 3厂.0 20 0 N /m , . 出现 负 压 力是 不 可能 的 , 此 时 , 将 在滑 板下 方 出现 空穴 . 当 向套 管 中吹 入惰性 气 体 时 , 气 体被 流 体击 碎 , 并 向流 体 中分散 , 流体 的密度发 生变 化 , 由伯 努 利 方程 可知 , 流体 的压 力分 布将 发 生变 化 , 根 据测 量流 体 中压 力分布 及其 变化 , 可分析 气泡 在 流 体 中 的分散 情 况 . 讨一2 4 结 论 向钢包 保 护 套管 中吹入 惰 性气 体 , 利用 套 管 中湍 急 的钢液流将 气体 离散 为弥散微 小气 泡 , 将 促进气 泡 与钢 中夹 杂物 的碰 撞和粘 附 , 提 高 中间 包 中夹杂物 的去 除率 . 本文 通过 对不 同浇 注条件 下注流 在保 护套 管 中能量 分 散强度 的分 析 , 研究 了气 体在保 护套 管 中的 弥散 行为 , 并采 用伯 努利 方程对 保护 套管 中注 流 的压 力分布 进行 了估 算 . 理 论 计 算结 果 与 文献 报 道 和 实验 室 水 模 实验 一 致