第10卷第6期 2010年12月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
连铸板坏滑动水口三维流场瑞流计算模型比较
张小伟，金小礼，王寅，邓康，任忠鸣(上海大学上海市现代冶金及材料制备重点实验室，上海200072)
VoL.10 No.6 Dec.2010
摘要：分别采用标准K-模型、雷诺应力模型(RSM)和超声波多普勘测速(UDV)方法对滑板控制浇注流量浸入式水口内部和出口流动特征进行对比分析，并探讨流模型对滑板浇注系绕数值模拟的适用性，结果表明，由于滑板的节流作用，在滑板下方的水口内出现高度约为80mm的二次流，在滑板下方100mm处出现高度为50mm的分离流，并在水口出口出现旋转出流，其方向由滑板堵塞侧、经水口底部向滑板开启侧旋转。标准K-模型计算的水口出流的旋转方向与UDV测量的旋转方向相反，RSM计算结果与实验测量结果比较吻合，具有更好的适用性，并从分子动力
理论角度、各向同性假设和历史效应等方面，分析了标准-模型存在的理论缺陷关键词：滑板；浸入式水口；标准k-6模型；雷诺应力模型；Boussinesq假设
中图分类号：TF777.1 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)06-1041-07
应力模型(RSM)对雷诺时均方程中的雷诺应力直接建立微分方程并进行求解，能够反映流的各向异性特征
板坏连铸中，滑板以其准确控制钢水的浇注流量，易于实现自动控制，操作简便、安全等优点，被板坏连铸机广泛使用。引入滑板控流系统后，由于滑板对钢液的抑制、挤压作用，存在着流线突变、突扩流以及分离流等现象，使连铸浇注系统内的钢液流动变得非常复杂因此，在数值模拟研究中，瑞流模型的选择至关重要．目前，国内外的研究者通常采用两方程的标准一模型进行计算，Najar等"使用三维有限元模型计算了水口内部的流场，研究了水口几何尺寸和连铸操作参数对出流特征的影响，考患滑板影响时，以滑板开启处作为计算区域的入口，计算了滑板沿平行于结晶器宽面开启50% 时两侧出口出流分配比和出流角度.Bai等[2)]发现在滑板垂直于结晶器宽面开启时，钢液流经滑板时受到挤压，滑板下方出现回流区，在水口内部形成了不均匀、不对称的速度分布，并且其不均匀性随远离滑板而逐渐减弱，在水口出口处出现旋转流动，其方向自滑板开启侧，经由水口底部向滑板堵塞侧旋转.Zhang等[3研究滑动水口内夹杂物运动和水口堵寒情况下的流动，其模拟结果显示滑板导致了水口出流的不对称性，单未出现明显旋转流动现象．上述研究所选用的标准k-s模型是针对充分发展的端流流动建立起来的，具有模型简单、计算量小等优点，被工程领域广泛采用但该模型以涡粘假设为基础，采用各向同性的涡粘系数来计算雷诺应力：对强烈旋转流、明显流线曲率变化流动、浮力流、分离流、二次流以及圆射流等情况均存在较大间题4，雷诺
然而，就三维流动而言，意味着增加了六个雷诺应力分量的微分方程，增加了计算工作量，对计算机的内存有更高的要求
针对水口内部的流动，由于滑板的引入，使得雷诺压力发生突变，水口内部的流动变得更加复杂，那么，标准k-模型是否能够准确预测水口内部及其水口出口的流动状况？标准k-6模型和雷诺应力模型(RSM)究竟哪一个能更好的据示连铸系统内的滞流流动规律？本工作分别采用上述两种消流模型对滑板控制流量的浸入式水口内部和出流特征进行数值模拟，并采用超声波多普勤测速(UDV)进行物理模拟实验，测量水口出口断面内的二维流场，对不同湍流模型的计算结果进行验证，并探讨不同满流模型对复杂流动的适用性，
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物理模拟
根据相似理论，以国内某钢厂厚板坏连铸机为原
型，按照0.7:1的比例设计模型，其水力学模型的实验装置及相应的几何参数见图1和表1.实验系统由中间包、滑板、浸入式水口、结晶器和转子流量计构成，通过调节转子流量计的阀门，来保持中间包和结晶器内液面稳定.实验中，水口的入口速度为1.2m/s，对应的拉速为0.94m/min.
本实验中，用超声波多普勒测速仪(UDV)进行流场测试，该方法对所测介质的透光性、密度等均无限制。其测速的原理为：由传感器发射出周期性的脉冲超声波，
收稿日期：201008-19，修回日期：2010-11-21
基金项目：国家自热科学基金资助项目(编号：50674066)：长江学者和创新团队发展计划资助项目(编号：IRT0739)
作者篇介：张小伟(1982-)，男，河北省承德市人，博士研究生，主要研究方向为板还连转过程的数学物理模报；邓康，通讯联系人，E-mai
dengk2000@163.com 万方数据