·1308 北京科技大学学报 第35卷 到：对于15°-15°水口(A,B型)而言，在拉速为1.4 较好.由图7(c)和(d)可以看到：对于40°-15°水口 mmin-1、浸入深度为150mm时，凹型水口和凸 (C,D型)而言，在拉速为1.4mmin-1、浸入深度为 型水口的表面流速差别不大，分别为0.23ms-1和 150mm时，凹凸型水口的表面流速差别较大，凹型 0.22ms-1;当拉速为1.8mmin-1、浸入深度为150 和凸型水口下的表面流速分别为0.16ms-1和0.30 mm时，凸型水口的表面流速达到了0.41ms-1, ms1:当拉速达到1.8mmim1时，浸入深度为 而相同条件下凹型水口的表面流速为0.34ms-1, 150mm时，凹型和凸型表面流速分别为0.27ms-1 凸型水口下的表面流速比凹型水口大约21%.可见 和0.36ms-1.上述数据也显示：凹型水口可以很 在高拉速条件下，凹型水口可以较大的降低表面流 好地降低表面流速.综上可知：不管是上下角度为 速，进而减小剪切卷渣带来的表面质量问题.这与 40°-15°还是上下角度为15°-15°水口，凹型水口比 Chaud山hary等山和Zhang等的研究结果吻合的 凸型水口更有利于降低结晶器液面的表面流速 0.30 (a) 0.5 (b) 0.25 A型 0.4 A型 B型 0.3 0.15 0.2 0.10 口A型110mm■B型110mm 0Af130mm·B型130mm 口A型110mmB型110mm △A型150mm▲B型150mm A型 o0 mm B130m △A型150mm B150mm 0.05 A1 B1m B190mm 0.00 0.0+ 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600 距水口中心的距离/mm 距水口中心的距离/mm 0.40 0.45- 0.35 0.40- ♪ 0.30 C型 D型 0.35- C型 D雅 0.25 意 0.30- 0.20 0.25- 0.15 0 0.20- 0 0.10 0.15 口C型110mm■D型110mm QC130mmD型130mm 0.05 0.10- △C型150m▣▲D型150mm C冠170m mD型170 7C求10mm7Dg0mm 0.05- ◇C190mm◆ 0.00 0.00+ 100 200300 400 500 600 100 200300 400 500 600 距水口中心的距离/mm 距水口中心的距离/mm 图7 水口底部形状对表面流速的影响.(a)1.4mmin-1,15°-15°水口：(b)1.8mmin-1,15°-15°水口：(c)1.4mmin-1,40°-15° 水口：(d)1.8mmin-1,40°-15°水口 Fig.7 Effects of nozzle bottom shapes on surface velocity:(a)1.4 m.min-1,15-15 nozzle;(b)1.8 m-min-1,15-15 nozzle;(c) 1.4mmin-1,40°-15°nozzle:(d)1.8mmin-1,40°-15°nozzle 3.3水口底部形状对表面流速影响的功率谱分析 的瞬时表面流速可达0.4ms1,而凹型水口的表面 功率谱分析是一种信号处理的方法，它把时间 瞬时流速达到了0.35ms-1.功率密度谱分析（见图 序列看成不同频率分量的叠加，利用傅里叶变换 8(b)表明大部分信号的功率（能量）都集中在低频 等手段对各频率分量进行分解[)，得到功率密度 率，且能量随着频率的增加呈现减小的趋势，这与 谱L3到(power density spectrum).通过比较谱密度的 Najjar等6和Chaudhary等的报道相符.另 功率来衡量各个不同频率的分量的相对重要性以找 外可以看到在频率为0.03~0.1Hz(对应的周期为 出存在的主要的周期性分量.图8(a)和(b)分别为 10~33s)的范围内，凸型水口比凹型水口的功率 A、B两种水口下表面流速的瞬时值及其功率谱，对 大约50%.Thomas等间报道低频率的表面流速变 应的拉速为1.4mmin-1.由图8(a)可以看到，两 化更易导致剪切卷渣.综上可以得出凹型水口比凸 种水口表面流速具有明显的周期性特征，凸型水口 型水口更有利于减少剪切卷渣的发生· 1308 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 到：对于 15◦ -15◦ 水口 (A, B 型) 而言，在拉速为 1.4 m·min−1、浸入深度为 150 mm 时，凹型水口和凸 型水口的表面流速差别不大，分别为 0.23 m·s −1 和 0.22 m·s −1；当拉速为 1.8 m·min−1、浸入深度为 150 mm 时，凸型水口的表面流速达到了 0.41 m·s −1， 而相同条件下凹型水口的表面流速为 0.34 m·s −1， 凸型水口下的表面流速比凹型水口大约 21%. 可见 在高拉速条件下，凹型水口可以较大的降低表面流 速，进而减小剪切卷渣带来的表面质量问题. 这与 Chaudhary 等 [11] 和 Zhang 等 [8] 的研究结果吻合的 较好. 由图 7(c) 和 (d) 可以看到：对于 40◦ -15◦ 水口 (C, D 型) 而言，在拉速为 1.4 m·min−1、浸入深度为 150 mm 时，凹凸型水口的表面流速差别较大，凹型 和凸型水口下的表面流速分别为 0.16 m·s −1 和 0.30 m·s −1；当拉速达到 1.8 m·min−1 时，浸入深度为 150 mm 时，凹型和凸型表面流速分别为 0.27 m·s −1 和 0.36 m·s −1 . 上述数据也显示：凹型水口可以很 好地降低表面流速. 综上可知：不管是上下角度为 40◦ -15◦ 还是上下角度为 15◦ -15◦ 水口，凹型水口比 凸型水口更有利于降低结晶器液面的表面流速. 图 7 水口底部形状对表面流速的影响. (a) 1.4 m·min−1，15◦-15◦ 水口；(b) 1.8 m·min−1，15◦-15◦ 水口；(c) 1.4 m·min−1，40◦-15◦ 水口；(d) 1.8 m·min−1，40◦-15◦ 水口 Fig.7 Effects of nozzle bottom shapes on surface velocity: (a) 1.4 m·min−1 , 15◦-15◦ nozzle; (b) 1.8 m·min−1 , 15◦-15◦ nozzle; (c) 1.4 m·min−1 , 40◦-15◦ nozzle; (d) 1.8 m·min−1 , 40◦-15◦ nozzle 3.3 水口底部形状对表面流速影响的功率谱分析 功率谱分析是一种信号处理的方法，它把时间 序列看成不同频率分量的叠加，利用傅里叶变换 等手段对各频率分量进行分解 [15]，得到功率密度 谱 [13](power density spectrum). 通过比较谱密度的 功率来衡量各个不同频率的分量的相对重要性以找 出存在的主要的周期性分量. 图 8(a) 和 (b) 分别为 A、B 两种水口下表面流速的瞬时值及其功率谱，对 应的拉速为 1.4 m·min−1 . 由图 8(a) 可以看到，两 种水口表面流速具有明显的周期性特征，凸型水口 的瞬时表面流速可达 0.4 m·s −1，而凹型水口的表面 瞬时流速达到了 0.35 m·s −1 . 功率密度谱分析 (见图 8(b)) 表明大部分信号的功率 (能量) 都集中在低频 率，且能量随着频率的增加呈现减小的趋势，这与 Najjar 等 [16] 和 Chaudhary 等 [11] 的报道相符. 另 外可以看到在频率为 0.03 ～ 0.1 Hz (对应的周期为 10 ～ 33 s) 的范围内，凸型水口比凹型水口的功率 大约 50%.Thomas 等 [9] 报道低频率的表面流速变 化更易导致剪切卷渣. 综上可以得出凹型水口比凸 型水口更有利于减少剪切卷渣的发生