钢液从中间包注入到结晶器的过程中,钢液内的A12O3、SiO2等夹杂物容易在结晶器的水口壁面聚集结瘤,造成水口堵塞,给铸坯质量带来极大的危害。为了抑制水口结瘤,水口吹氩工艺应运而生,同时该工艺还具有改变结晶器流场,促进夹杂物上浮,均匀钢水温度和成分等作用。但是如果操作条件控制不当,吹氢技术引入的氩气泡将会带来一些负面影响,例如尺寸较大的氩气泡上浮至结晶器液面后破裂,会产生不利的湍流扰动,容易造成卷渣,形成铸坯表面缺陷。另一方面如果吹入结晶器内的氩气泡不能及时上浮,就会滞留在铸坯内部形成气孔缺陷。因此,研究吹氩板坯结晶器内离散相的运动行为以及探讨氩气泡去除夹杂物的机理显得尤为重要。本文以板坯连铸结晶器的吹氩过程为研究对象,采用物理实验和数学模拟两种手段对结晶器内的离散相的运动行为和离散相之间的相互行为进行了深入研究。主要内容包括以下几个方面:依据相似理论建立了水口吹氩结晶器的物理模型,利用高速摄像系统记录气泡的运动过程,采用图像处理软件分析气泡的运动图像,统计描述运动行为的各个参数。实验结果表明,气泡的平均粒径从水口出口到窄面的各个区域内变化趋势是一致的,呈现逐渐减小的规律。水流量对气泡的数量密度分布规律的影响最为显著,而吹气量对气泡的尺寸影响较为明显,水口浸入深度的增大会使得整个结晶器内的含气率分布更加均匀。在离散相相互作用的实验研究中发现:气泡直径较小时,气泡的形状为球形,随着气泡直径的增大,气泡的形状由球形转变为椭球形,直径继续增大,则气泡形状严重偏离球形,变为球帽形。对气泡上浮速度进行了实验测量,测得结果与公式拟合的曲线较为一致。通过实验结果观察到气泡间的聚合和破碎行为以及气泡不仅可以粘附固体颗粒,还可以通过尾部涡流夹带固体颗粒上浮的现象。根据实验结果分析明确了气泡间以及气泡与固体颗粒之间的相互作用规律,为建立离散相间相互作用的数学模型提供了依据。采用欧拉-拉格朗日的方法建立了连铸结晶器内气液两相流的数学模型,并且引入了气泡之间相互作用模型,模拟了吹氩结晶器内的气液两相的流动形态。应用该模型从流体运动以及气泡行为两方面进行了验证,根据模拟结果可以得到,吹气与不吹气的情况下,射流区的速度值变化明显,吹气后钢液的射流速度减小,同时气泡的浮力抬升整个射流,减小射流倾角,对整个射流区域起到了削弱的作用。另外,气泡间相互作用方面,无论是物理实验还是数学模型结果都可以观察到气泡碰撞聚合和破碎现象,进一步说明在气液两相流的模拟中加入气泡间相互作用模型的必要性和可行性。利用建立的数学模型模拟了气泡在水口内的聚集行为和水口出口处的破碎行为,讨论了不同操作条件下气泡的数量、尺寸、含气率等相关参数的分布规律,同时考察了气泡对促进夹杂物上浮和去除夹杂物的影响。通过建立流体体积方法（VOF）和离散颗粒方法（DPM）相耦合的数学模型,从微观角度系统地研究了在钢液内气泡粘附去除和尾流夹带夹杂物这两种单元现象的行为,分析了夹杂物直径和数量、气泡直径以及单双气泡对夹杂物去除的影响。结果表明:随着夹杂物直径的增大,气泡粘附的夹杂物数量增加,而气泡尾流夹带的夹杂物数量减少。夹杂物数量密度的增加会导致气泡粘附和尾流夹带夹杂物的数量都增加。另一方面,气泡直径越大,粘附和夹带的夹杂物的数量越多,但单位气泡表面积和体积粘附和夹带的夹杂物的数量越少,说明气泡尺寸越小,夹杂物的去除效果越好。双气泡在钢液中上浮的过程中,粘附和夹带的夹杂物数量比单独两个单气泡粘附数量之和都要多,说明两个气泡去除夹杂物的效果好于单个气泡。