台硕影像仪，认准上海台硕检测仪器，转炉顶吹

转炉顶吹喷枪一般采用可将压力能转换成高效率动能的拉瓦尔喷嘴。由拉瓦尔喷嘴的尺寸决定适当的马赫数，适当的压力和流量，通常在其适当条件下操作。另一方面，由于冲击波和膨胀波的发生，能量的损失变大，将此称为不适当膨胀。以下将介绍包括不适当膨胀时的单孔喷嘴的射流行为。

在冷态下，使用同一喉口径、五种不同出口径的单孔喷嘴，变更喷嘴入口压（流量），用皮托管检测了射流的流速分布。此外，对射流扩散的评价，测量仪器的测量下限值是5.7m/s，所以采用了该下限值以上的流速范围。使用CFD商用软件的二维轴对称模型，入口及出口的边界条件使用质量流入条件、压力流出条件。气相侧使用空气的物性值，考虑了压缩性。

比较了直线喷嘴和拉瓦尔喷嘴在入口操作压P0时的射流中心轴向流速（马赫数）的变化。结果发现，在两种喷嘴中，均发现了随着操作压的增加流速也增加，但在适当压力下当流速达到峰值后存在一个流速基本不变的区域，其后流速再次增加。认为在操作压增加、但流速不增加的区域，不适当膨胀导致的能量损失与压力能的增加相抵消。

因此，将喷嘴入口的操作压与适当压之比P0/P0P定义为不适当度，整理各喷嘴的中心轴向流速。结果发现，射流中心轴向流速与距喷嘴的距离成反比衰减。所以，将流速与音速相等（马赫数=1）的位置设为射流中心长度Hc，任意中心轴位置的流速（马赫数M）用公式（1）表示。因此，纵坐标取射流中心长度与适当膨胀时的射流中心长之比Hc/Hcp，代表中心轴向流速。此外，适当膨胀时的射流中心长度用公式（2）表示。应用该结果，可以进行积极利用不适当膨胀的射流的软吹。

关于中心轴向流速，比较了各种紊流模型的CFD计算值和测量值，从计算精度和计算成本的观点出发，决定采用标准k-ε模型。中心轴向流速的CFD计算值和测量值的比较示于图1。流速与距喷嘴出口的距离基本成反比衰减，计算值和测量值的倾向大体一致。但是，流量增加时的流速增加的程度有差异。在此，适当膨胀时的适当流量使用52Nm3/h的喷嘴，流量在50Nm3/h时基本适当膨胀，在25.0Nm3/h和37.5Nm3/h时为过度膨胀。但与测量值相比，计算值在适当膨胀时低，在过度膨胀时则过高。即在CFD解析中目前还无法重现不适当膨胀时的行为。

如上所述，转炉顶吹喷枪使射流分散，抑制喷溅和粉尘的发生，一般采用可以用高速供氧的多孔喷嘴。但是，如果多孔喷嘴的射流发生相互交汇，就不能获得上述的软吹效果。以下将介绍对多孔喷嘴的射流行为进行的试验及CFD解析。

试验方法与上述相同。表1是多孔喷嘴的规格。各喷嘴喉口部的总断面面积，喉口径与出口径之比相等。对多孔喷头喷流进行评价。使用商业软件的三维模型，对孔数为n孔的喷嘴，在喷嘴圆周方向分割为1/2n的区域制作网格，将分割面作为对称边界条件进行解析。

横坐标是垂直于喷嘴中心轴的径向距离，纵坐标是轴向流速，比较了4孔14度和8孔14度喷嘴的流速分布。单孔喷嘴时，喷嘴直径越小，射流越容易衰减，流速降低。多孔喷嘴时，孔数增加，即使各个喷嘴的直径小，多个射流相互交汇，也会抑制射流衰减，流速自然变高。图3中还示出了CFD计算值，但还是无法基本再现上述的射流的交汇现象。此外，是对中心轴向流速和喷流径的测量值和CFD计算值的比较，结果发现无论喷嘴的种类，两者结果基本一致，可见CFD解析方法是可靠的。