薄板坯連鑄結(jié)晶器非穩(wěn)態(tài)湍流大渦模擬研究.pdf

1、高拉速導(dǎo)致薄板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液處于強(qiáng)烈的非穩(wěn)態(tài)湍動狀態(tài)，而鋼液的湍動狀態(tài)決定鋼液內(nèi)夾雜物分布和鋼坯凝固質(zhì)量。隨著工業(yè)界對鋼的純凈度要求的不斷提高，必須深入了解連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場特征及湍流特性分布。
　　雷諾時(shí)均k-ε模型發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是它是將控制方程對時(shí)間做平均，得到的是穩(wěn)定態(tài)結(jié)果，即使求解非穩(wěn)態(tài)過程，當(dāng)時(shí)間達(dá)到一定數(shù)值后，其結(jié)果也不再發(fā)生變化（即達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。直接數(shù)值模擬一直受到計(jì)算機(jī)容量的限制，目前只能用于求解低Re

2、數(shù)和理想邊界條件下的流動。大渦模擬對大尺度量通過求解微分方程直接計(jì)算，而把小尺度量過濾掉，這些過濾掉的小尺度量在運(yùn)動方程中表現(xiàn)為亞格子雷諾應(yīng)力，它們將通過模型來模擬。目前，大渦模擬在均勻湍流和自由剪切流的應(yīng)用上已得到了很好的驗(yàn)證。
　　板坯探傷缺陷檢測結(jié)果顯示，缺陷呈現(xiàn)非對稱分布，并具有一定的規(guī)律性。以往采用雷諾時(shí)均模型得到的結(jié)晶器內(nèi)流場呈現(xiàn)對稱分布，并不能解釋探傷缺陷，采用直接模擬結(jié)晶器中的流場又有計(jì)算機(jī)容量的限制，所以大渦模擬

3、方法的優(yōu)越性得以體現(xiàn)。
　　國內(nèi)外的一些學(xué)者曾利用大渦模擬計(jì)算了結(jié)晶器內(nèi)的湍流流動，但礙于計(jì)算機(jī)容量和對大渦模擬滿足條件的認(rèn)識不足，其結(jié)果并沒有很好的反映結(jié)晶器內(nèi)的實(shí)際流動。
　　本文率先采用了能夠滿足大渦模擬對網(wǎng)格尺寸要求的精細(xì)網(wǎng)格，構(gòu)建了一種計(jì)算非穩(wěn)態(tài)湍流場的大渦模擬模型，利用粒子成像測速儀(PIV)的測試結(jié)果、超聲波探傷結(jié)果和雷諾時(shí)均模擬(RANS，k-ε模型)結(jié)果驗(yàn)證了本模型的可靠性，并利用此模型得到了薄板坯連鑄結(jié)晶

4、器內(nèi)非穩(wěn)態(tài)湍流場的運(yùn)動規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明，即使水口完全對中，結(jié)晶器內(nèi)的湍流分布也是不對稱的，湍流流動是瞬變的和隨機(jī)的，明顯的特征是漩渦的分布及大小不一致。彎月面速度較小的一側(cè)始終有漩渦存在。隨著非穩(wěn)態(tài)時(shí)間的發(fā)展，結(jié)晶器內(nèi)鋼液的偏流呈現(xiàn)周期性反對稱分布，周期在20s左右。
　　流向渦演化的結(jié)果給出了大渦擬序結(jié)構(gòu)的形成、發(fā)展、脫落和破碎過程。擬序渦和非湍流區(qū)之間存在很大的渦量梯度，會發(fā)生強(qiáng)烈的渦擴(kuò)散，從而使非湍流區(qū)流體很快