模铸下铸过程中钢液与相接触壁面的高剪切应力会造成模壁侵蚀并导致铸件内部非金属夹杂物数量增加,同时不稳定、不均匀的流场会增大卷渣风险,最终使产品质量下降。当前研究已证明,应用TurboSwirl的模铸旋流下铸工艺可有效地减少夹杂物截留的风险、降低最大模壁切应力并减小流场速度波动,其建立于横浇道和垂直浇道之间肘部位置用于产生切向流以减小流入铸模的垂直流的最大轴向速度,但TurboSwirl内部旋流流场会产生局部高壁剪切应力并于铸模内产生大尺寸漩涡,同时也缺乏对其内部结构的改进研究。因此本文应用Design Modeler建模软件构建模铸下铸系统流体域,并对TurboSwirl进行结构性改进,于其内部添加单螺旋挡板以优化旋流下铸过程,基于Fluent 18.2流体仿真软件分别对TurboSwirl局部区域及铸模区域进行了数值模拟计算,通过CFD-Post 18.2等后处理软件考察不同结构参数挡板对流场及模壁的影响。本文将下铸过程分成两部分进行,第一部分对应用不同几何结构档板的TurboSwirl局部区域进行模拟以考察挡板几何参数对其影响。首先,TurboSwirl垂直流道旋流数与Kitoh衰减函数的对比验证了该模型旋流模拟准确性,且通过对比相界面得知SST k-ω模型对TurboSwirl内流体自由表面的计算能力不如雷诺应力模型。之后分别考察档板宽度、圈数对各物理量的影响,结果表明,挡板可明显减小钢液与TurboSwirl墙面产生的壁切应力,随挡板圈数增加钢液初始浇铸过程的最大壁切应力波动区间减小且挡板宽度增加时壁切应力随之降低;挡板可降低TurboSwirl出口切向速度、漩涡尺寸及右侧轴向速度,挡板宽度增加时垂直流道处切向速度、最大轴向速度及漩涡深度也随之降低,采用2圈数挡板可获得较低轴向速度,而1圈数挡板则可获得较小的切向速度和漩涡尺寸;较大圈数挡板可以降低流场整体旋流强度,同时随宽度增加流场的旋流数降低。第二部分对铸模区域进行模拟,通过将是否添加档板的两种铸模流场对比来分析档板对相界面及壁面等的影响。结果表明在应用TurboSwirl的下铸过程中漩涡尺寸为相界面波动主要影响因素,大尺寸漩涡主要发生于浇铸初期且会使驼峰高度及ΔH增加,而档板可减小浇铸初期漩涡尺寸从而可以较小的夹杂风险进一步降低保护渣袋安装位置;档板可以降低铸模内部流场最大速度且在较低位置效果更为明显,减弱回流现象且降低最大轴向速度从而使轴向速度分布更为均匀,降低切向速度以减小漩涡尺寸,同时因减弱了漩涡吸取外流场动能能力,其漩涡区域外流场旋流强度相对更高且利于除杂;高壁切应力区域位于垂直管壁与渐扩管壁交界且挡板可显著降低此区域壁切应力。