D01:10.13374j.isml00103x2006.11.003 第28卷第11期 北京科技大学学报 Vol.28 No.11 2006年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing NoY.2006 TSC薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物 运动轨迹的数值模拟 张彩军赵铁成艾立群 河北理工大学治金与能源学院。唐山063009 摘要以FTSC双效冲击板加单坝结构的中间包为研究对象.应用FLUENT软件计算了中间包 的三维流场、温度场，夹杂物运动轨迹及不同尺寸夹杂物的排除率.结果表明.TSC中间包内的 双效冲击板和单坝能够明显改善钢液的流动状态和温度分布，显著提高夹杂物的排除率，并且对 小尺寸夹杂物(k60:m)排除率的影响尤为显著. 关键词FTSC中间包：流场：夹杂物：运动轨迹：数值模拟 分类号TF777.7 中间包作为连铸生产过程中的重要环节，其 a (PU)=0 (1) 治金功能已经引起了人们越来越广泛的重视.尤 其在薄板坯连铸生产中拉速较高的情况下，钢液 动量方程： 在中间包内的平均停留时间较短，不利于夹杂物 aUi aP七umax十B△Tga(2) 的上浮排除；为了获得高洁净度的钢液，就必须进 OU i 一步发挥中间包排除夹杂物的作用.由于中间包 湍流动能(k)方程： 内钢水流动状态是影响夹杂物排除的重要因素之 k a ak +G-PE (3) 一，所以对中间包内钢水流动、传热和夹杂物运动 轨迹的数值模拟己成为中间包设计及优化的有效 湍流耗散(e)方程： 手段.本文以FTSC双效冲击板加单坝结构的中 aX3) CIEG-C2RE2 间包为研究对象，采用FLUENT商业软件，计算 k 了中间包的三维流场、温度场、夹杂物运动轨迹及 (4) 不同尺寸夹杂物的排除率，分析了中间包内控流 能量方程： 装置对夹杂物排除率的影响. 寻m汁品(WH= aT (5) 1 数学模型 其中： aU U:aU) 1.1假设条件 axi) (6) (1)流体为稳态、不可压缩的粘性流体： (7) (2)忽略中间包钢水的液面波动： 叶共=+C (3)设夹杂物颗粒对流场无影响，其形状简 (8) 化为球形： k广ko+9匙 Pru (4)忽略钢液二次氧化和夹杂物碰撞聚合. 式中，x,x为以张量表示的方向；P为压力；U, 12基本方程 U为流场时均速度；P为钢液密度；4为动力学 (1)流体流动. 黏度；“，和“分别为湍流黏度系数和有效黏度 连续方程： 系数；B为体膨胀系数；H为焓：km为有效传热系 数：T为钢液温度；g为重力加速度；k,e为流体 收稿日期：2005-11-24修回日期：200606-16 的湍动能和湍动能耗散率；G为湍动能产生率； 作者简介：张彩军(1971一)，男.副教授.博士 C1994-2019 China cadem Ju Eectro Pu尿热热容9S&为经输常葱，目煎ki.netFTSC薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物 运动轨迹的数值模拟 张彩军 赵铁成 艾立群 河北理工大学冶金与能源学院, 唐山 063009 摘 要 以FTSC 双效冲击板加单坝结构的中间包为研究对象, 应用 FLUENT 软件计算了中间包 的三维流场、温度场、夹杂物运动轨迹及不同尺寸夹杂物的排除率.结果表明, FTSC 中间包内的 双效冲击板和单坝能够明显改善钢液的流动状态和温度分布, 显著提高夹杂物的排除率, 并且对 小尺寸夹杂物(d <60μm)排除率的影响尤为显著. 关键词 FTSC;中间包;流场;夹杂物;运动轨迹;数值模拟 分类号 TF777.7 收稿日期:2005 11 24 修回日期:2006 06 16 作者简介:张彩军(1971—), 男, 副教授, 博士 中间包作为连铸生产过程中的重要环节, 其 冶金功能已经引起了人们越来越广泛的重视.尤 其在薄板坯连铸生产中拉速较高的情况下 ,钢液 在中间包内的平均停留时间较短, 不利于夹杂物 的上浮排除;为了获得高洁净度的钢液 ,就必须进 一步发挥中间包排除夹杂物的作用.由于中间包 内钢水流动状态是影响夹杂物排除的重要因素之 一,所以对中间包内钢水流动 、传热和夹杂物运动 轨迹的数值模拟已成为中间包设计及优化的有效 手段.本文以 FTSC 双效冲击板加单坝结构的中 间包为研究对象, 采用 FLUEN T 商业软件 ,计算 了中间包的三维流场 、温度场 、夹杂物运动轨迹及 不同尺寸夹杂物的排除率 ,分析了中间包内控流 装置对夹杂物排除率的影响. 1 数学模型 1.1 假设条件 (1)流体为稳态、不可压缩的粘性流体 ; (2)忽略中间包钢水的液面波动 ; (3)设夹杂物颗粒对流场无影响, 其形状简 化为球形 ; (4)忽略钢液二次氧化和夹杂物碰撞聚合. 1.2 基本方程 (1)流体流动 . 连续方程: x i (ρUi)=0 (1) 动量方程 : ρUj Ui xj =- P x i +μeff 2 Ui x 2 j +βΔTρgi (2) 湍流动能(k)方程 : ρUj k xj = x j μeff σk × k xj +G -ρε (3) 湍流耗散(ε)方程 : ρUj ε xj = xj μeff σε × ε x j + C1εG -C2ρε2 k (4) 能量方程 : t (ρH)+ xi (ρUiH)= xi keff T x i (5) 其中 : G =μt Uj xi Ui xj + Uj xi (6) μeff =μ+μt =μ+ρCd k 2 ε (7) ke ff =k 0 + Cpμt Prt (8) 式中 , x i , xj 为以张量表示的方向;P 为压力;Ui , Uj 为流场时均速度;ρ为钢液密度;μ为动力学 黏度;μt 和 μeff分别为湍流黏度系数和有效黏度 系数 ;β 为体膨胀系数 ;H 为焓;k eff为有效传热系 数;T 为钢液温度 ;g 为重力加速度 ;k , ε为流体 的湍动能和湍动能耗散率 ;G 为湍动能产生率; Cp 为比热容 ;C1 , C2 , Cd , σk , σε为经验常数 ,目前 第 28 卷 第 11 期 2006 年 11 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.11 Nov.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.11.003