冶金流体力学课程教学中实验设计和数值模拟的应用

赵 鹏，李 彭，黄 建，敬兴均

（1.山东建筑大学材料科学与工程学院，山东 济南250101；2.攀枝花学院钒钛学院，四川攀枝花617000）

结晶器是连铸机的“心脏”，其作用是让钢水均匀快速的冷却形成一定厚度均匀、表面质量良好的初生坯壳，并且能承受钢水静压力。结晶器内涉及到多相传输和反应，连铸板坯的表面和内部缺陷与结晶器内流动状态密切相关［1］。冶金过程流体力学是攀枝花学院冶金工程专业本科生的一门重要的专业基础课。学生到炼钢车间进行生产实习，由于考虑安全性，在实习过程中学生就没有机会动手操作，这样导致理论教学和实际活动严重脱节。为了促使学生更好理解钢铁冶金连铸过程多相传输过程，根据相似比设计连铸结晶器水模型装置，并将数值模拟方法应用于实际工艺过程中。目前，通过计算流体动力学（CFD）引入流体力学课程并不是一个全新的想法，然而单一工程的计算流体动力学算例讲解过于抽象［2-4］。实验装置和数值模拟的应用在冶金流体力课程，在国内冶金过程流体教学过程的报道不够全面。本研究在之前发表的油水卷渣实验设计基础上［7］，建立结晶器内流动和卷渣现象模拟装置，并以Fluent软件模拟连铸过程卷渣过程的多相流过程，弥补当前专业实践不足，提高冶金流体力学课程的学习效果，满足冶金过程流体力学课程教学需求。

1 连铸结晶器冶金特性

结晶器在铸坯质量方面起着重要作用，其功能可概括为［5，6］：（1）钢液净化：促进钢液中气泡和非金属夹杂物充分上浮。……