·28 工程科学学报，第38卷，增刊1 对循环流量的影响做了研究，给出各种堵塞方式下 可连续读数，适合测量封闭圆形管路的动态流体流量， RH正常工作时吹气孔能承受的堵塞个数.本文不仅 它的传感器是非接触式的，避免了对流场的破坏，可以 大范围的研究了吹气堵塞个数和堵塞方式对循环流量 在测量循环流量的同时进行其他研究. 的影响，还进一步探讨了吹气孔堵塞方向对循环流量 本实验所研究的H上升管共有16个吹气孔，分 的影响，并分析了吹气孔堵塞不同个数时上升管气泡 上下两排交错布置，如图2所示，不带填充色的(1~ 泵的泵起机制 8)是上排吹气孔，距离真空室1075mm:带填充色的 1实验原理及方法 (9°~16)是下排吹气孔，距离真空室1275mm.在进 行吹气孔不同堵塞方式的实验时，H浸渍管浸入深 1.1实验原理 度保持450mm,真空室压力保持67Pa,提升气体流量 本文采用1：4的有机玻璃模型模拟现场300tRH, 保持2500NL·min,按与环流方向成一定的角度逐渐 用水模拟钢液，空气模拟氩气进行实验，模型与原型的 增加堵塞个数. 相关参数见表1.由相似第二定理可知，水模拟除了需 要保证几何相似之外，还必须保证模型与原型的决定 性准数相等，即雷诺数(R)和弗鲁德数(Fr)相等.经 估算原型和模型下降管中流体的雷诺数均在第二自模 化区，为湍流流动，因此在满足几何相似的条件下，以 模型和原型修正的弗鲁德数相等为基础进行H提升 压 气体流量和循环流量的换算，得到模型与原型提升气 计 体流量和循环流量的关系分别见式(1)和式(2) 表1RH精炼装置原型与模型尺寸 Table 1 Sizes of the prototype and the model of RH unit 参数名称 原型尺寸/mm 模型尺寸/mm 钢包深度 4200 1050 真空泵 钢包上部直径 3920 980 图1RH水模实验装置示意图 钢包下部直径 3638 909.5 Fig.1 Schematic of the RH water model test device 钢液装入深度 3915 978.75 0 真空室直径 2524 631 135 浸渍管内径 750 187.5 浸渍管外径 1500 375 浸渍管长度 1650 412.5 180 环流方向 Q A匹P+p:h至 0 (P。+psgH。)Tm' (1) 16 PAi Ps 8 15 14 Q PAP (2) PAPSH 图2RH上升管吹气孔分布示意图 式中：Q为标态下模型空气流量，L·minl:Q标态下 Fig.2 Schematic of nozzles distribution in the upleg of the RH de- 原型氩气流量，L·min:Q.和Q。分别为模型和原型 vice 的循环流量，m3h1:入为相似比p和p分别为空气 2 实验结果和分析 和氩气在标态下的密度，kgm3;P.和ps分别为水和 钢液的密度，kg°m3:P.和P。分别为模型和原型真空 2.1堵塞上排和下排 室的压力，Pa:g为重力加速度，ms2:Hm和H。分别 图3是与环流方向成0°方向分别对上升管上排 为模型和原型吹气孔距真空室液面的距离，m:T。和 和下排吹气孔进行逐个堵塞，得到了吹气孔堵塞不同 T。分别为钢液和水的温度，K 个数下的循环流量，可以看出在堵塞上排吹气孔时，随 1.2实验方法 吹气孔堵塞个数的增加，循环流量先增加，当4个时减 本实验采用TDS-100H手持超声波流量计测 小，然后再增加.上排吹气孔堵塞1个或2个对上升 量@，实验装置示意图如图1所示.该方法操作简单， 管气流分布影响不大，但吹气孔个数的减少导致剩余工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 对循环流量的影响做了研究，给出各种堵塞方式下 ＲH 正常工作时吹气孔能承受的堵塞个数． 本文不仅 大范围的研究了吹气堵塞个数和堵塞方式对循环流量 的影响，还进一步探讨了吹气孔堵塞方向对循环流量 的影响，并分析了吹气孔堵塞不同个数时上升管气泡 泵的泵起机制． 1 实验原理及方法 1. 1 实验原理 本文采用 1∶ 4的有机玻璃模型模拟现场 300 t ＲH， 用水模拟钢液，空气模拟氩气进行实验，模型与原型的 相关参数见表 1． 由相似第二定理可知，水模拟除了需 要保证几何相似之外，还必须保证模型与原型的决定 性准数相等，即雷诺数( Ｒe) 和弗鲁德数( Fr) 相等． 经 估算原型和模型下降管中流体的雷诺数均在第二自模 化区，为湍流流动，因此在满足几何相似的条件下，以 模型和原型修正的弗鲁德数相等为基础进行 ＲH 提升 气体流量和循环流量的换算，得到模型与原型提升气 体流量和循环流量的关系分别见式( 1) 和式( 2) ． 表 1 ＲH 精炼装置原型与模型尺寸 Table 1 Sizes of the prototype and the model of ＲH unit 参数名称 原型尺寸/mm 模型尺寸/mm 钢包深度 4200 1050 钢包上部直径 3920 980 钢包下部直径 3638 909. 5 钢液装入深度 3915 978. 75 真空室直径 2524 631 浸渍管内径 750 187. 5 浸渍管外径 1500 375 浸渍管长度 1650 412. 5 Q0 Ai Q0 Ar = λ5 ρ 0 Ar ρ 0 Ai ρW ρS ( Pm + ρW gHm ) ( Pp + ρS gHp ) TS 槡 TW ， ( 1) Qm Qp = ρArρW H5 m ρAiρSH 槡 5 p ． ( 2) 式中: Q0 Ai为标态下模型空气流量，L·min － 1 ; Q0 Ar标态下 原型氩气流量，L·min － 1 ; Qm 和 Qp 分别为模型和原型 的循环流量，m3 ·h － 1 ; λ 为相似比; ρ 0 Ai和 ρ 0 Ar分别为空气 和氩气在标态下的密度，kg·m － 3 ; ρW 和 ρS 分别为水和 钢液的密度，kg·m － 3 ; Pm 和 Pp 分别为模型和原型真空 室的压力，Pa; g 为重力加速度，m·s － 2 ; Hm 和 Hp 分别 为模型和原型吹气孔距真空室液面的距离，m; TS 和 TW 分别为钢液和水的温度，K． 1. 2 实验方法 本实验 采 用 TDS--100H 手持超声波流量计测 量［10］，实验装置示意图如图 1 所示． 该方法操作简单， 可连续读数，适合测量封闭圆形管路的动态流体流量， 它的传感器是非接触式的，避免了对流场的破坏，可以 在测量循环流量的同时进行其他研究． 本实验所研究的 ＲH 上升管共有 16 个吹气孔，分 上下两排交错布置，如图 2 所示，不带填充色的( 1# ～ 8# ) 是上排吹气孔，距离真空室 1075 mm; 带填充色的 ( 9# ～ 16# ) 是下排吹气孔，距离真空室 1275 mm． 在进 行吹气孔不同堵塞方式的实验时，ＲH 浸渍管浸入深 度保持 450 mm，真空室压力保持 67 Pa，提升气体流量 保持 2500 NL·min － 1，按与环流方向成一定的角度逐渐 增加堵塞个数． 图 1 ＲH 水模实验装置示意图 Fig． 1 Schematic of the ＲH water model test device 图 2 ＲH 上升管吹气孔分布示意图 Fig． 2 Schematic of nozzles distribution in the upleg of the ＲH de￾vice 2 实验结果和分析 2. 1 堵塞上排和下排 图 3 是与环流方向成 0°方向分别对上升管上排 和下排吹气孔进行逐个堵塞，得到了吹气孔堵塞不同 个数下的循环流量，可以看出在堵塞上排吹气孔时，随 吹气孔堵塞个数的增加，循环流量先增加，当 4 个时减 小，然后再增加． 上排吹气孔堵塞 1 个或 2 个对上升 管气流分布影响不大，但吹气孔个数的减少导致剩余 · 82 ·