随着市场对超低碳洁净钢的需求日益增大,RH真空吹氧技术迅速发展,该技术已成为生产高品质超低碳洁净钢的的核心,但由于缺乏真空状态下射流冲击高温熔体的基础理论研究,致使多数RH真空用氧枪及相关工艺依赖进口。因此,开展真空状态下超音速氧气射流冲击钢液的两相流研究,揭示冲击过程气液界面现象,为现场实际过程的了解提供理论基础,将有助于RH用氧设备和技术的国产化。本文在对气液两相流特征深入分析的基础上,构建出能够描述高密度差两相流的模拟算法,基于VOF两相流模型模拟分析氧气超音速射流冲击钢液面的界面不稳定性及其引起的液面变形、喷溅和液滴的行为,探讨不同马赫数氧气射流冲击熔池时凹坑形状、熔池内部运动及喷溅行为,以揭示真空状态下氧射流冲击对熔体所产生的规律,为RH氧枪结构尺寸的确定、喷吹工艺的制定提供理论依据,以实现RH的高效安全生产。通过以上研究,得出结论如下:(1)鉴于真空状态下超音速气体射流冲击钢液是一个高温复杂多相反应过程,采用气相与液相直接耦合的模拟算法收敛极其困难。本文对算法做出了改进,采用分区域模拟计算法,并通过文献中的实验结果与本文中模拟结果进行对比验证了模拟方法的可行性。(2)开尔文-亥姆霍兹不稳定性来自于有速度差的两个不同流体界面之间发生的不稳定现象,射流冲击钢液过程是典型的速度梯度大、密度相差多的气液两相流过程,当冲击力较大时,气液界面上产生表面波,当交界面上的剪切应力大于液体的表面张力时,表面波被破坏形成液滴,与此同时大多数液滴从冲击坑两侧溅出。(3)吹炼数是综合了雷诺数和普朗特数的一个无因次量,体现了惯性力、黏性力以及表面张力之间的关系,用来判断喷溅开始发生的临界条件。本文以现场RH炉为研究对象,模拟不同环境温度及枪位条件下吹炼数的大小,得出吹炼数是环境温度及枪位的函数,当温度一定时,吹炼数的大小随着枪位的增大而减小;当枪位为30de,环境温度从298 K增加到1873 K时,吹炼数增大为原来的3倍,并得出在该研究中,平均吹炼数为17。(4)本文模拟了同一枪位下,不同马赫数氧射流产生的冲击坑形状及喷溅强度,将模拟结果进行了非线性拟合,随着马赫数的增大,冲击坑深度增大冲击坑直径减小,喷溅强度增强,马赫数由2.5增大到3.5时,冲击坑深度增大0.5倍,冲击坑直径减小0.4倍。并在同一马赫数的条件下,进行了变工况模拟分析,描述了在30de、35de、40de枪位下液面变形、喷溅行为及熔池内部流动规律,在同一枪位条件下,探讨了环境压力分别为8000 Pa、7000 Pa、6000 Pa时的气液界面行为规律,得出了滞止压力、枪位及真空度是影响冲击坑形状及钢液流动过程的主要因素,其枪位的影响力最大。