连铸过程中,结晶器内的流场分布决定着初生凝壳生长、保护渣熔化、夹杂物上浮等冶金传输行为,研究考察结晶器内的流动与传输特点,对于连铸坯质量控制具有重要意义。由格子气自动机(Lattice Gas Automation,LGA)发展而来的格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是一种介观尺度的模拟方法,兼具宏观尺度连续模型和微观尺度分子动力学的优点,同时具有程序简单、边界条件施加方便和易于并行化等优势,在微观和介观尺度流动问题的模拟研究中得到了广泛应用,但目前将LBM应用于连铸领域的研究仍不多见。本文旨在开发基于LBM的结晶器内流动行为数值计算方法,尝试构建结晶器内流动过程的LBM计算模型,开发专用数值计算程序,对LBM计算连铸钢液流动行为的适用性和可行性进行探讨。首先,解析和推导了格子玻尔兹曼方程的建立过程,阐述常见LBM模型与边界条件的处理方法,选择并确定了DDF-LBE计算模型对流动过程建模,编制和开发相应的计算程序,对顶盖驱动流、泊肃叶流两个经典的流动算例进行计算,获得流动与温度的分布特征并与已有研究结果进行对比,以验证模型与计算程序的正确性。以此为基础,以方坯直通型水口的结晶器流动过程为研究对象,建立相应的物理模型,选取雷诺数Re为相似准数,依据相似准则对实际参数进行无量纲化处理,模拟计算结晶器内流场,得到连铸过程中结晶器内钢液的流动特点。分析和考察不同雷诺数下的流场涡心位置等特征,分析雷诺数对流场紊乱程度的影响,进而确定适于模拟小方坯结晶器钢液流动的雷诺数。之后,计算了不同拉速、水口浸入深度和铸坯断面尺寸等工艺参数下的结晶器流场,对结晶器钢液流场的涡心位置、冲击深度和速度分布等特征进行讨论,探讨不同工艺参数对流场分布的影响,为小方坯结晶器流场及浇铸工艺优化提供参考。