结晶器对于改善连铸坯质量具有十分重要的作用,为了更好地实现结晶器的冶金功能,必须在结晶器内保持合理的钢液流动行为并且避免卷渣。因此研究和控制结晶器内的流场和液面波动对于提高铸坯表面质量进而提高钢材质量意义重大。本论文以首钢京唐的板坯连铸结晶器(断面为1124mm×242mm)为研究对象,以连铸板坯结晶器内液面波动及卷渣为研究目标,通过物理和数值模拟,系统研究了连铸结晶器内钢液流动及卷渣行为。通过水模型正交实验对板坯连铸工艺参数和水口结构参数对液面波动影响显著程度进行了分析评价,系统地研究了拉速、水口浸入深度、水口倾角对水口出口射流冲击深度、液面波动和卷渣特征的影响。进而建立了描述结晶器内流体流动和液面波动的VOF模型,采用k-ε湍流模型和VOF法对结晶器流场动和液面波动行为进行数值模拟研究,获得了浸入式水口浸入深度对结晶器内液面波动行为的影响。通过本论文的研究得出以下结论：(1)在本实验条件下以冲击深度为考察指标时,浸入深度影响最为显著、水口倾角次之,最后为拉速；对于液面波动为考察目标时,拉速变为影响最为显著、水口倾角次之,而浸入深度的影响变弱。(2)实验研究了拉速、插入深度、水口倾角与冲击深度和液面波动的定量关系及其规律,结果表明：随着拉速的增加,液面波动逐渐加剧,冲击深度逐渐减小；随着插入深度的增加,液面波动逐渐减小,冲击深度逐渐增加；随着水口倾角向下角度的增加,液面波动逐渐减弱,冲击深度逐渐增加。(3)建立了结晶器内VOF模型,通过数值模拟发现结晶器自由液面的波动为非稳定波动,并且弯月面处波动较水口附近的波动剧烈,水模实验过程中也观察到了同样现象。且随着浸入深度的增加,液面速度变小,液面波动趋于平缓,与水摸中的现象一致；进而深入分析得知结晶器自由液面处速度、湍动能和液面波动存在一定对应关系。