第11卷第1期 2011年2月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Proccss Engineering
氧气顶吹转炉的三相流数值模拟董凯，朱荣，何春来，魏鑫燕，刘福海
(北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083)
Vol.11 No.t Feb.2011
摘要：对超音速氧气射流作用下85t转炉熔池中的渣液和钢液进行了多相流数值模拟研究，分析了熔池内钢液的速度场，结果表明，随喷吹枪位升高，射流冲击形成的渣坑和钢液凹坑的直径受大，而渣坑与钢液凹坑的深度变小，当枪位从1.2m提高到1.8m时，射流冲击形成的钢液叫坑的直径从1.359m提高到1.566m，叫坑深度从0.187m降低到0.157m.同时钢液面下0.2m处钢液的最人速度从0.48m/s降低到0.27m/s：而在熔池液面下0.8m处，最大速度由0.06m/s增加到0.09m/s.高枪位下熔池销液速度分布更均匀.
关键词：三相流；转炉；数值模拟中图分类号：TF713
文献标识码：A
1前言
文章编号：1009-606X(2011)01-0020-06
度处的钢液速度分布进行了详细的分析
转炉炼钢是当今最主要的炼钢流程，超音速氧枪不仅为转炉炼钢提供了脱碳、脱磷、升温所需的氧气，同时搅拌熔池促进了碳氧反应进行及成分温度的均匀化，在转炉炼钢中发挥着重要作用，鉴于氧气射流的重要作用，对转炉炼钢用氧气射流的研究一直未间断
对射流的研究主要分为水模和数模两种方法在对射流作用下熔池状况的研究方面，水模一直占据着主要地位，通常通过水模实验可测出射流的冲击深度与熔池的混匀时间12)，但由于水模实验中测量手段的限制，不能准确地定量分析熔池中速度分布。因此，通过水模研究射流作用下的多相流情况具有局限性
伴随若计算机能力的提高及大型商业化数值模拟
软件的出现，数值模拟成为研究射流的新方法。多射流的数值模拟多集中在对自由射流特性的研究上[3-6，对射流特性的研究可优化氧枪结构，达到增大超音速段长度的目的，但简单地对射流特性进行研究不能反映射流变化对熔池多相流的作用.文献[7，8]对转炉用氧气射流进行了两维两相流数值模拟，对射流凹坑作了分析，但采用的是单孔氧枪，未考患渣层的影响，转炉炼钢工艺中更多地采用多孔氧枪，因此，文献[7,8]不符合大多数转炉炼钢过程.文献[9]对六孔氧枪复吹转炉进行了三维三相数值模拟分析，描述了一种工况下熔池中不同时刻的流场，但未对不同操作工况下熔池状况进行分析。
为研究氧枪枪位对熔池中熔融钢液的影响，本研究采用四孔氧枪顶吹转炉，建立了三维三相流数值模型对转炉炼钢中熔池中的多相流进行了模拟研究。首次在多相流数值模拟中考患了氧枪枪位，并对熔池中不同深
2模型 2.1假设条件
(1)不考虑熔池及气体间的化学反应；(2)氧气、液态渣和钢液均为牛顿流体；(3)氧气为可压缩流体；(4) 流体间相互不渗透：(5)采用无滑移壁面，采用标准壁面函数
2.2控制方程
为研究三相流中渣和钢液的动态特性，使用 VOF(VolumeofFluid)函数.VOF函数中(i0)，每一相都有各自的体积分数变量，在任意一个计算区域内，各项的体积分数之和为1：
Za, =1.
(1)
控制体中的变量和参数利用各相体积分数a；通过体积平均方式计算得到，如密度p的计算公式如下：
P=aP+AaPug+AmdPaal
(2)
其他的物理属性也通过这种方式求得
VOF中的连续性方程如下：
Ta
(a,)+V-(ap)=S, +
(m,-m,)
ele
(3)
其中，m为第i相流向第j相的质量，m为第j相流向第1相的质量，
动量方程如式(4)所示，其中的密度等属性通过体积平均方式得到：
(oi)+V-(om)=
Vp+V·[u(V+ V)+ pg+ F,
(4)
收稿日期：2010-1020，修回日期：2011-01-14
作者篇介：董凯(1983-），男，山东省淄博市人，博士研究生，钢铁冶金专业，Tel:13401091327,E-mail:dongkaismanker@yahoo.com.cn；宋荣，通讯联系
人, Tel: 010-62332122, E-mail: zhurong@ustb.edu.cn 万方数据