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    188宝金博页面版: 底吹气连铸中间包内气液两相流的数值模拟

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    内容提示： 第 5 卷第 3 期 过 程 工 程 学 报 Vol.5 No.3 2005 年 6 月 The Chinese Journal of Process Engineering June 2005 收稿日期： 2004?12?23， 修回日期： 2005?02?04 作者简介： 詹树华(1973?), 男， 江西省崇仁县人， 博士研究生， 从事冶金新工艺开发与仿真研究， Tel: 0731-8830897, E-mail: Zhan_shuhua@hotmail.com. 底吹气连铸中间包内气液两相流的数值模拟 詹树华 , 欧俭平 , 萧泽强112(1. 中南大学能源与动力工...

    文档格式：PDF | 页数：8 | 浏览次数：10 | 上传日期：2016-12-31 19:34:20 | 文档星级：
    第 5 卷第 3 期 过 程 工 程 学 报 Vol.5 No.3 2005 年 6 月 The Chinese Journal of Process Engineering June 2005 收稿日期： 2004−12−23， 修回日期： 2005−02−04 作者简介： 詹树华(1973−), 男， 江西省崇仁县人， 博士研究生， 从事冶金新工艺开发与仿真研究， Tel: 0731-8830897, E-mail: Zhan_shuhua@hotmail.com. 底吹气连铸中间包内气液两相流的数值模拟 詹树华 , 欧俭平 , 萧泽强112(1. 中南大学能源与动力工程学院， 湖南 长沙 410083； 2. 东北大学材料与冶金学院， 辽宁 沈阳 110006) 摘 要： 以宝钢集团梅山钢厂 1 台连铸中间包为原型， 进行底吹气中间包水模型研究. 实测结果表明， 底吹气在中间包内形成“鼓泡流” 形式的流动结构； “鼓泡流” 的形成一方面能够破坏中间包内“层流” 形式的短路流动， 增强混合， 另一方面能在中间包内形成“气幕挡墙”， 有利于夹杂物去除. 针对中间包内气−液两相“鼓泡流” 特征， 建立了底吹气中间包内气−液两相欧拉多流体模型， 模型中考虑了气泡的存在对湍流增强的影响， 考虑了 相间滑移、 气泡浮力及湍流分散力. 采用所建立的模型对底吹气中间包内气液两相流动和混合特性进行了模拟和分析， 结果与水模型实测结果一致. 关键词： 连铸中间包； 气−液两相流； 数值模拟； 夹杂物； 水模型 中图分类号： TG249.7; O359.1 文献标识码： A 文章编号： 1009−606X(2005)03−0233−081 前 言 气体喷吹作为一种应用技术已经广泛地应用于钢铁生产过程， 如氧气侧吹精炼、 钢包吹氩精炼、 RH炉真空脱气等场合[1−3]. 20 世纪 80 年代以来， 气体喷吹技术开始应用于中间包， 但主要用于有加热的过程， 利用气体上浮对钢液的搅拌作用提高中间包内部的传热效率， 强化传热. 有关底吹气对中间包过程流动和夹杂物控制的研究和应用目前尚少， 现有的有关底吹气中间包的研究工作不够全面或深入[4−7]. 系统而深入地研究底吹气中间包， 对于开发中间包底吹气技术， 提高对底吹气中间包内流动、 传热、 夹杂物控制的认识， 对于中间包底吹气技术的应用实践， 均具有重要的理论和现实意义. 2002 年底， 梅山钢铁公司提出对其 1#中间包进行改造. 在综合考虑各种方案的基础上， 通过广泛的调查研究， 决定采用底部吹气方式优化该中间包结构， 实现对流动和夹杂物的控制. 作者对底吹气中间包水模型实验、 数值模拟和夹杂物去除等进行了研究. 在前期水模型实验研究的基础上， 本研究主要进行底吹气中间包气− 液两相流动与混合的数值模拟. 2 底吹气中间包内气液两相流动特征 以梅山钢铁公司 1#中间包为原型， 采用 1:3 的水模型进行了实验研究[8]. 根据实验观测和分析， 可以认为，无底吹气中间包内流体流动结构可分为两个区域： 高湍流区和低湍流区， 如图 1 所示. 在高湍流区内， 流体混合剧烈； 在低湍流区内， 流体基本以“层流” 形式贴底流动， 流速较低， 该区域应是夹杂物的主要去除区域. “层流” 流动的形成， 意味着中间包内存在短路流动，短路流动的存在对夹杂物的去除、 温度控制和稳定生产是不利的. 底吹气能够有效地破坏短路流结构， 增强混合效果， 且在中间包内形成“气幕挡墙”， 有利于清洗钢液、 去除夹杂物[9,10]. 图 1 中间包内的流体流动结构 Fig.1 Fluid flow structure in tundish 图 2 为底吹气中间包内不同时刻的流体示踪图， 包中左侧为吹气， 右侧为不吹气. 从图可以看出， 底吹气能够显著地改变中间包内的流体流动结构. 底吹气体进入中间包后， 速度下降， 然后在浮力作用下上升， 同时，由于气液间存在速度差， 气体对液体产生推动作用而带动液流上升， 气体到达上表面后逸出， 液体返回， 形成部分循环流动. 气体在中间包内形成如图 3 所示的鼓泡流形式. 目前有关底吹气中间包的数值模拟研究不多， 国内的研究主要采用单相流方法， 以耦合修正的标量方程来描述气体传输行为. 在两相区的处理上， 浮力是流体上浮的驱动力， 通过源项的方式加入到动量方程中. 气泡上浮速度认为是一常数， 采用静止液体中的上浮速度进行计算， 忽略气−液之间的相间滑移. Low turbulenceregionregion Steel inlet Upside baffle Bath surfaceUpside baffleLow turbulence Low turbulence region High turbulence region Steel outletSteel outlet

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