薄板坯連鑄結晶器非穩(wěn)態(tài)湍流大渦模擬研究.pdf

1、高拉速導致薄板坯連鑄結晶器內鋼液處于強烈的非穩(wěn)態(tài)湍動狀態(tài)，而鋼液的湍動狀態(tài)決定鋼液內夾雜物分布和鋼坯凝固質量。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晶器內鋼液的流場特征及湍流特性分布。
　　雷諾時均k-ε模型發(fā)展已經相當成熟，但是它是將控制方程對時間做平均，得到的是穩(wěn)定態(tài)結果，即使求解非穩(wěn)態(tài)過程，當時間達到一定數值后，其結果也不再發(fā)生變化（即達到穩(wěn)態(tài)）。直接數值模擬一直受到計算機容量的限制，目前只能用于求解低Re

2、數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算，而把小尺度量過濾掉，這些過濾掉的小尺度量在運動方程中表現為亞格子雷諾應力，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用上已得到了很好的驗證。
　　板坯探傷缺陷檢測結果顯示，缺陷呈現非對稱分布，并具有一定的規(guī)律性。以往采用雷諾時均模型得到的結晶器內流場呈現對稱分布，并不能解釋探傷缺陷，采用直接模擬結晶器中的流場又有計算機容量的限制，所以大渦模擬

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

4、器內非穩(wěn)態(tài)湍流場的運動規(guī)律。
　　研究結果表明，即使水口完全對中，結晶器內的湍流分布也是不對稱的，湍流流動是瞬變的和隨機的，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始終有漩渦存在。隨著非穩(wěn)態(tài)時間的發(fā)展，結晶器內鋼液的偏流呈現周期性反對稱分布，周期在20s左右。
　　流向渦演化的結果給出了大渦擬序結構的形成、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)生強烈的渦擴散，從而使非湍流區(qū)流體很快