改善真空精炼装置中的混匀条件对提高钢液的纯净度和脱气有重要作用。过去学者用水模型研究各种因素对混匀时间的影响时,他们却忽视了加进去的示踪剂对流场分布产生的影响。为此,本课题基于工业生产时的130吨单嘴精炼炉(SSRF)的原型,采用STAR-CCM+软件对以1:5的几何比例创建的数值模型中的流场分布、示踪剂的传输过程和混匀现象做了深入的研究。用数值模拟方法(欧拉-欧拉方法)研究了被动标量、KCl溶液示踪剂和纯水示踪剂(与水模型中液相同属性)在水模型中的传输过程,分析示踪剂的密度和加入量对流场的影响。研究结果概括如下:(1)示踪剂在单嘴精炼炉水模型中的传输过程包括一个主循环流和两个侧循环流。主循环流即加入真空室的示踪剂沿着浸渍管向下流向钢包底部后沿着气柱流回到真空室。两个侧循环流即在吹气孔所在的对称面两侧,在偏心侧浸渍管和钢包的间隙区域分别沿着钢包液面的顺时针和逆时针方向(俯视图)流动到另一侧壁面和浸渍管的间隙区域,再流到钢包底部。(2)相比纯水示踪剂,150 m L KCl示踪剂从真空室向钢包底部、从钢包底部向偏心侧壁面传输过程较快。然而对于20和150 m L KCl示踪剂,当示踪剂入口位于真空室顶部偏心侧位置时,150 m L KCl示踪剂从真空室向钢包底部及偏心侧壁面传输过程较快;当示踪剂入口位于真空室顶部远离偏心侧位置时,20和150 m L KCl示踪剂传输至钢包底部偏心侧的时间基本相同。由于在钢包偏心侧底部存在死区,从钢包偏心侧底部向上传输以及后续混匀过程,示踪剂间的差异不大。(3)对比在真空室顶部左侧和右侧加入示踪剂的方案:前者在真空室顶部加入点附近质量分数较为集中,流到钢包底部后向四周均匀扩散。在钢包底部偏心侧壁面处,后者示踪剂的浓度较高,受死区的影响更大,其对应的浓度-时间曲线的峰值更高。左侧加入方案的示踪剂到达钢包顶部的时间早于右侧加入的情况,且其质量分数主要集中在钢包顶部远离偏心侧壁面处,之后示踪剂直接向下传输至钢包底部远离偏心侧,此处的示踪剂浓度-时间曲线的增加速率较快。