在下铸浇注过程中流场分布不均,会导致大量气体被卷入到浇道内,钢液对浇道过度冲刷和侵蚀,铸模内钢水喷溅,卷渣等,从而增加铸坯气孔缺陷、外生夹杂物和二次氧化等的风险,降低钢坯产品的性能。研究表明浇道内放置螺旋定子可以有效改善浇道内的流场,但是螺旋定子的结构参数对流道及铸模内气泡行为还没有得到深入的研究。因此,本论文开展了旋流下铸过程流动及气泡行为的水模型实验,研究了在不同螺旋定子结构参数、螺旋定子放置位置对中注管、横浇道、上浇道、铸模中流场及卷入气泡行为的影响,并观察了旋流条件下在流钢尾砖处吹入气泡后气泡行为。得到以下主要结论:(1)中注管加入螺旋定子后:随着螺旋定子扭转角度和厚度的增加,中注管气液交界面深度都呈逐渐降低的趋势,比无定子时最大可分别降低44.4%和39.8%;随着螺旋定子扭转角度的增加,对流钢尾砖处横浇道竖直壁面的冲击逐渐减弱,比无定子时最大减少59.7%,随着螺旋定子厚度的增加,冲击有所增加,但比无定子时最大减少43.9%。(2)上浇道不加定子时,流体在铸模内只形成一个驼峰和一个主流;加螺旋定子后流体会在定子两侧形成两个驼峰且形成两股主流,比不加螺旋定子时,对铸模壁面的冲击有所降低;铸模内主流分布、驼峰和气泡运动方向是一致的,随着扭转角度的增加,在定子两侧的气泡分布越均匀。(3)上浇道加入螺旋定子能有效降低铸模内△H(驼峰高度差):随着螺旋定子扭转角度的增加和定子厚度的减小,△H都逐渐减小,比无定子时,△H最大降幅可分别达 65.4%和 53.6%。(4)螺旋定子的下边沿在上浇道的放置方向对上浇道流场和气泡的均匀分布影响很大:其放置方向平行于横浇道来流方向时,流场和气泡分布最均匀。(5)从流钢尾砖处吹入气体时,吹入的气泡基本上在区域一(定子下边沿及其下方5mm区域范围内)发生变形;无论吹入气泡直径是否增加,都能在区域二(定子在高度上的中心位置与定子下边沿之间的区域范围内)中观察到气泡破碎;随着吹入气泡直径的增加,在上浇道观察到气泡融合区域变大,且气泡融合数目增多。