中间包在冶金流程中相当于一个黑匣子式的反应器,冶金工作者通常使用RTD曲线来描述中间包内流动状态。获得与实际工况和中间包水模实验相吻合的RTD曲线对于精确描述中间包内流体的流动状态和溶质传输方式具有重要意义。在进行中间包水模型实验时,通常采用的示踪剂为饱和盐类溶液,比如饱和NaCl溶液、饱和KCl溶液。示踪剂采用脉冲加入的方式加入到中间包水模型中。饱和NaCl水溶液的密度为1194kg/m3,中间包内水的密度为996kg/m3,两者的密度相差16.6%。饱和KCl水溶液的密度为1115kg/m3,中间包内水的密度为996kg/m3,两者的密度相差10.7%。而研究人员在进行数值模拟时,通常将示踪剂的物性参数等于水的物性参数,即示踪剂与中间包内流体不存在密度差异。这种近似方式事实上是不严谨的,数学模型与水模型实验得到的结果往往自相矛盾。本文利用OpenFOAM开源软件耦合求解了连续性方程、基于Boussinesq近似含溶质浮力的动量方程、标准k-ε双方程和示踪剂对流扩散方程。分析了示踪剂密度对中间包RTD曲线的影响,并使用中间包水模型实验的方法对数值结果进行验证。在水模型改变示踪剂加入量、示踪剂浓度、入口流量等条件,讨论示踪剂参数对水模型实验结果稳定性及准确性的影响,所得结论如下:（1）推导了中间包示踪剂准数Tr的表达式,Tr=βglΔC/u2。（2）基于Boussinesq近似的示踪剂混合传输数学模型得到RTD曲线结果与水模型实验结果吻合情况良好,由RTD曲线计算得到的活塞区、死区、全混区体积分数误差均在7%以下。（3）在入口处的下降注流与出水口处,高速流体导致此处的Tr准数小于0.1。在这一区域内示踪剂溶质浮力的影响可以忽略。主流延伸方向区域的Tr准数大于0.1,应考虑示踪剂溶质浮力的影响。（4）由于受到与重力方向相同的溶质浮力的影响,主流股分成两股:一股直接流向出口;另一股沿着包底方向直接流向出口。此流场导致RTD曲线出现双峰。（5）由于KCl在水中的溶质浮力小于NaCl溶液,选取KCl溶液作为示踪剂计算得到的RTD曲线的峰值小于选取NaCl溶液作为示踪剂计算得到的RTD曲线结果。（6）RTD曲线达到峰值浓度存在一个浓度波动“平坦”的过渡期。当示踪剂加入量较大或采用高浓度示踪剂时,达到峰值浓度所需的时间明显延迟。随着中间包入口流量增大,RTD曲线向左偏离,且流量越大向左偏离的程度越大。（7）饱和NaCl溶液加入量为50ml、100ml、200ml、500ml、1000ml时,水模型实验时加入200ml饱和NaCl溶液得到活塞区和死区体积分数的准确性及稳定性最佳。（8）NaCl溶液加入量为200ml,NaCl溶液的质量分数为5%、10%、15%、20%、饱和状态时,水模型实验时加入饱和状态的NaCl溶液得到活塞区和死区体积分数的准确性及稳定性最佳。（9）饱和NaCl溶液加入量为200ml,中间包限流孔孔径为0.2399L/s、0.2932L/s、0.3740L/s、0.4333L/s、0.5265L/s时,水模型实验采用0.3740L/s的入口流量得到活塞区和死区体积分数的准确性及稳定性最佳。