权利要求
1.一种
铝型材生产线的管控系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于实时采集结晶器冷却水入口处和出口处的流动参数、结晶器的热力学参数以及铝液物性参数;
流态成像构建模块，连接至数据采集模块，用于根据流动参数和热力学参数构建结晶器内冷却水的三维流态图谱;
失稳前兆判定模块，连接至流态成像构建模块，用于根据三维流态图谱计算表征冷却水流态稳定性的混合指数和冷层体积分数，当混合指数低于第一预设阈值或冷层体积分数的下降速率超过第二预设阈值时，判定为流态失稳前兆;
调控决策计算模块，连接至失稳前兆判定模块，用于在判定为流态失稳前兆时，根据铝液温度和铝液下落高度与各自临界阈值的比较结果，计算所需的智能扰流器阵列展开程度;
智能扰流执行模块，连接至调控决策计算模块，包括设置于结晶器冷却水通道内的智能扰流器阵列，用于根据调控决策计算模块计算得到的展开程度，调整智能扰流器阵列的实际展开状态。
2.根据权利要求1所述的一种
铝型材生产线的管控系统，其特征在于，流动参数包括流速分布、压力脉动和气泡体积分数，热力学参数包括铝液温度、铝液下落高度和结晶器出口温度，数据采集模块包括：
多相流
传感器单元，用于获取冷却水中的气泡体积分数;
非接触式测温单元，用于获取铝液温度和结晶器出口温度;
激光测距单元，用于获取铝液下落高度。
3.根据权利要求2所述的一种铝型材生产线的管控系统，其特征在于，数据采集模块还包括：
流场测量单元，流场测量单元包括：
流速分布获取子单元，用于获取冷却水在结晶器入口处和出口处的流速分布，流速分布获取子单元包括设置于冷却水通道内的五孔探针阵列，五孔探针阵列中的每个五孔探针具有一个中心孔和四个围绕中心孔等角度布置的测压孔，通过采集各测压孔的压力值并根据伯努利定理计算获得冷却水的三维流速分布;
压力脉动获取子单元，用于获取冷却水在结晶器入口处和出口处的压力脉动，压力脉动获取子单元包括三组压力传感器，三组压力传感器分别设置于结晶器上游、结晶器入口处以及结晶器出口处的测量管路上，根据三组传感器的压力信号并采用三特征法进行多轮差分计算，以获得冷却水的压力脉动数据。
4.根据权利要求3所述的一种铝型材生产线的管控系统，其特征在于，压力脉动获取子单元中的压力传感器采用齐平安装方式设置于测量管路内壁，压力传感器的截止频率不低于被测压力脉动最高频率的5倍。
5.根据权利要求4所述的一种铝型材生产线的管控系统，其特征在于，流态成像构建模块用于：
根据流速分布和压力脉动，采用计算流体动力学瞬态求解方法，生成结晶器内冷却水的初始三维速度场和初始三维压力场;
根据气泡体积分数，采用两相流界面追踪方法，在初始三维速度场中构建气泡的初始三维空间分布;
根据铝液温度和结晶器出口温度，采用热边界层分析方法，计算获得结晶器内冷却水的三维温度场分布;
将三维温度场分布作为约束条件，对初始三维速度场和气泡的初始三维空间分布进行迭代修正，使修正后的三维速度场和气泡三维空间分布满足质量守恒、动量守恒以及热平衡的物理一致性要求，生成融合速度场、压力场、温度场和气泡分布场的三维流态图谱。
6.根据权利要求5所述的一种铝型材生产线的管控系统，其特征在于，进行迭代修正，通过以下步骤实现：
步骤A，将初始三维速度场和气泡的初始三维空间分布代入质量守恒方程、动量守恒方程和热平衡方程，计算各空间位置点的质量残差、动量残差和能量残差;
步骤B，将各空间位置点的质量残差、动量残差和能量残差分别乘以预设的松弛系数，获得各空间位置点的速度修正量和气泡位置修正量;
步骤C，根据速度修正量和气泡位置修正量，对初始三维速度场和气泡的初始三维空间分布进行更新，获得更新后的三维速度场和更新后的气泡三维空间分布;
步骤D，重复执行步骤A至步骤C，将每次更新获得的三维速度场和气泡三维空间分布作为下一次迭代的初始值，直至质量残差、动量残差和能量残差均小于预设收敛阈值，将最后一次迭代获得的三维速度场和气泡三维空间分布作为修正后的三维速度场和气泡三维空间分布。
7.根据权利要求6所述的一种铝型材生产线的管控系统，其特征在于，根据计算混合指数和冷层体积分数，通过以下方式实现：
冷层体积分数，通过以下获得：将三维流态图谱中的三维温度场分布与预设的铝液凝固临界温度进行比较，将温度低于铝液凝固临界温度的空间区域判定为冷层区域，提取冷层区域内各空间位置点的温度梯度以及各空间位置点与铝液界面的距离，以温度梯度和距离的乘积作为权重系数，对冷层区域进行加权体积统计，将加权体积统计结果除以结晶器内冷却水总体积，获得冷层体积分数;
混合指数通过以下计算获得：根据三维流态图谱中的三维速度场、三维温度场和三维气泡分布场，提取冷却水与铝液界面处的法向速度梯度、法向温度梯度以及界面处的气泡体积分数，将法向速度梯度与法向温度梯度的乘积除以预设的基准耗散尺度，获得初始扰动强度，将初始扰动强度乘以界面处的气泡体积分数后，再乘以界面处的气泡体积分数与预设的临界气泡体积分数的比值，获得混合指数。
8.根据权利要求7所述的一种铝型材生产线的管控系统，其特征在于，智能扰流器阵列展开程度通过以下步骤计算得到：
分别计算铝液温度与预设的温度临界阈值的温度偏离度，以及铝液下落高度与预设的高度临界阈值的高度偏离度;
将温度偏离度和高度偏离度进行加权求和，获得综合风险指数;
综合风险指数输入预设的展开程度函数，计算获得所需的智能扰流器阵列展开程度。
9.根据权利要求8所述的一种铝型材生产线的管控系统，其特征在于，展开程度函数为单调递增函数，当综合风险指数为零时展开程度为零，当综合风险指数达到预设的最大风险阈值时展开程度为百分之百。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及金属材料加工监测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种铝型材生产线的管控系统。
背景技术
[0002]
铝合金铸造是将高温铝液连续注入结晶器，通过结晶器壁面的强制水冷使铝液凝固成型的工艺过程。在这一过程中，冷却水系统承担着带走铝液凝固潜热、形成稳定凝固壳的核心功能，其流动状态直接决定了结晶器内的换热强度分布，进而影响铸锭的成型质量和工艺安全性。
[0003]现有技术中，冷却水系统的监控主要集中于宏观参数层面。典型的生产线管控系统包括流量计、压力传感器和温度传感器，分别用于实时监测进水流量、进水压力以及进出水温度等指标。当监测到流量骤降、压力异常或回水温度超限时，系统能够发出警报并提示操作人员检查水泵故障、管路泄漏或堵塞等问题。部分先进生产线还配备了液位监测系统，通过涡流液位计或放射源液位计检测结晶器内铝液液位的变化，防止因液位波动过大导致拉漏或溢出的风险。此外，针对铝液与水接触可能引发的爆炸风险，行业标准明确规定了冷却水系统的设计要求，如确保回水畅通、避免存水等，并强调对冷却水流量和压力的冗余监测。
[0004]现有监控技术的局限性在于其监测维度主要停留在宏观总量层面，难以感知冷却水内部的微观流态变化。实际铸造过程中，冷却水可能因泵源脉动、管路振动或局部堵塞而产生微小的流速分布不均;或因循环水处理不当而混入微量气泡，导致冷却水与铝液界面处的局部换热强度发生突变;或因冷却水温度分布不均而形成局部过热区域，使铝液凝固壳厚薄不一。这些微观尺度的流态变化往往是酿成重大安全事故的潜在诱因，但在现有监控体系下却完全处于监测盲区。
[0005]以铝液与水接触引发的蒸汽爆炸事故为例，事故调查表明，相当比例的事故发生前，进水流量、进水压力、回水温度等宏观参数均处于正常范围，操作人员无法获得任何有效预警。例如，在某大型铝厂的事故分析中发现，事故前冷却水流量稳定，但事后模拟证实，结晶器内因局部气泡聚集形成了冷却死区，导致铝液凝固壳局部减薄并最终发生泄漏爆炸，而这一过程在现有监控系统上没有任何异常显示。如何突破现有宏观参数监控的技术局限，实现对冷却水微观流态的实时感知与早期预警是一个技术难题。因此，本发明提出一种铝型材生产线的管控系统，以期解决上述问题。
发明内容
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铝型材生产线的管控系统，包括：
数据采集模块，用于实时采集结晶器冷却水入口处和出口处的流动参数、结晶器的热力学参数以及铝液物性参数;
流态成像构建模块，连接至数据采集模块，用于根据流动参数和热力学参数构建结晶器内冷却水的三维流态图谱;
失稳前兆判定模块，连接至流态成像构建模块，用于根据三维流态图谱计算表征冷却水流态稳定性的混合指数和冷层体积分数，当混合指数低于第一预设阈值或冷层体积分数的下降速率超过第二预设阈值时，判定为流态失稳前兆;
调控决策计算模块，连接至失稳前兆判定模块，用于在判定为流态失稳前兆时，根据铝液温度和铝液下落高度与各自临界阈值的比较结果，计算所需的智能扰流器阵列展开程度;
智能扰流执行模块，连接至调控决策计算模块，包括设置于结晶器冷却水通道内的智能扰流器阵列，用于根据调控决策计算模块计算得到的展开程度，调整智能扰流器阵列的实际展开状态，以在冷却水通道内形成可控微湍流。
[0007]在一个优选的实施方式中，流动参数包括流速分布、压力脉动和气泡体积分数，热力学参数包括铝液温度、铝液下落高度和结晶器出口温度，数据采集模块包括：
多相流传感器单元，用于获取冷却水中的气泡体积分数，多相流传感器单元采用高频超声多普勒探头或电阻层析成像探头;
非接触式测温单元，用于获取铝液温度和结晶器出口温度，非接触式测温单元包括设置于铸造模台区域的红外热成像装置，红外热成像装置朝向结晶器出口以获取铝液成型时的热图像，并通过图像识别算法将热图像转换为温度数据;
激光测距单元，用于获取铝液下落高度，激光测距单元包括双点激光液位计，双点激光液位计同时检测结晶器内铝液液位和结晶器边缘参考点的高度，并计算两者之间的差值以获得绝对液位高度。
[0008]在一个优选的实施方式中，数据采集模块还包括：
流场测量单元，流场测量单元包括：
流速分布获取子单元，用于获取冷却水在结晶器入口处和出口处的流速分布，流速分布获取子单元包括设置于冷却水通道内的五孔探针阵列，五孔探针阵列中的每个五孔探针具有一个中心孔和四个围绕中心孔等角度布置的测压孔，通过采集各测压孔的压力值并根据伯努利定理计算获得冷却水的三维流速分布;
压力脉动获取子单元，用于获取冷却水在结晶器入口处和出口处的压力脉动，压力脉动获取子单元包括三组高频动态压力传感器，三组高频动态压力传感器分别设置于结晶器上游、结晶器入口处以及结晶器出口处的测量管路上，根据三组传感器的压力信号并采用三特征法进行多轮差分计算，消除泵源干扰以获得冷却水的压力脉动数据。
[0009]压力脉动获取子单元中的高频动态压力传感器采用齐平安装方式设置于测量管路内壁，高频动态压力传感器的截止频率不低于被测压力脉动最高频率的5倍，以避免管腔效应引起的信号失真。
[0010]在一个优选的实施方式中，流态成像构建模块用于：
根据流速分布和压力脉动，采用计算流体动力学瞬态求解方法，生成结晶器内冷却水的初始三维速度场和初始三维压力场;
根据气泡体积分数，采用两相流界面追踪方法，在初始三维速度场中构建气泡的初始三维空间分布;
根据铝液温度和结晶器出口温度，采用热边界层分析方法，计算获得结晶器内冷却水的三维温度场分布;
将三维温度场分布作为约束条件，对初始三维速度场和气泡的初始三维空间分布进行迭代修正，使修正后的三维速度场和气泡三维空间分布满足质量守恒、动量守恒以及热平衡的物理一致性要求，生成融合速度场、压力场、温度场和气泡分布场的三维流态图谱。
[0011]在一个优选的实施方式中，进行迭代修正，通过以下步骤实现：
步骤A，将初始三维速度场和气泡的初始三维空间分布代入质量守恒方程、动量守恒方程和热平衡方程，计算各空间位置点的质量残差、动量残差和能量残差;
步骤B，将各空间位置点的质量残差、动量残差和能量残差分别乘以预设的松弛系数，获得各空间位置点的速度修正量和气泡位置修正量;
步骤C，根据速度修正量和气泡位置修正量，对初始三维速度场和气泡的初始三维空间分布进行更新，获得更新后的三维速度场和更新后的气泡三维空间分布;
步骤D，重复执行步骤A至步骤C，将每次更新获得的三维速度场和气泡三维空间分布作为下一次迭代的初始值，直至质量残差、动量残差和能量残差均小于预设收敛阈值，将最后一次迭代获得的三维速度场和气泡三维空间分布作为修正后的三维速度场和气泡三维空间分布。
[0012]在一个优选的实施方式中，根据计算混合指数和冷层体积分数，通过以下方式实现：
冷层体积分数，通过以下获得：将三维流态图谱中的三维温度场分布与预设的铝液凝固临界温度进行比较，将温度低于铝液凝固临界温度的空间区域判定为冷层区域，提取冷层区域内各空间位置点的温度梯度以及各空间位置点与铝液界面的距离，以温度梯度和距离的乘积作为权重系数，对冷层区域进行加权体积统计，将加权体积统计结果除以结晶器内冷却水总体积，获得冷层体积分数;
混合指数通过以下计算获得：根据三维流态图谱中的三维速度场、三维温度场和三维气泡分布场，提取冷却水与铝液界面处的法向速度梯度、法向温度梯度以及界面处的气泡体积分数，将法向速度梯度与法向温度梯度的乘积除以预设的基准耗散尺度，获得初始扰动强度，将初始扰动强度乘以界面处的气泡体积分数后，再乘以界面处的气泡体积分数与预设的临界气泡体积分数的比值，获得混合指数。
[0013]在一个优选的实施方式中，智能扰流器阵列展开程度通过以下步骤计算得到：
分别计算铝液温度与预设的温度临界阈值的温度偏离度，以及铝液下落高度与预设的高度临界阈值的高度偏离度，温度偏离度为铝液温度减去温度临界阈值后除以温度临界阈值，高度偏离度为铝液下落高度减去高度临界阈值后除以高度临界阈值;
将温度偏离度和高度偏离度进行加权求和，获得综合风险指数，其中温度偏离度的权重系数和高度偏离度的权重系数根据历史事故数据统计确定;
综合风险指数输入预设的展开程度函数，计算获得所需的智能扰流器阵列展开程度。
[0014]展开程度函数为单调递增函数，当综合风险指数为零时展开程度为零，当综合风险指数达到预设的最大风险阈值时展开程度为百分之百。
[0015]本发明的技术效果和优点：
本发明通过数据采集模块实时获取结晶器冷却水入口和出口处的流动参数、热力学参数以及铝液物性参数，为流态成像构建模块提供了全面而精细的输入数据，相较于现有技术仅依赖宏观流量、压力和温度监测的方式，本发明能够感知到导致流态失稳的微观尺度的流速分布不均、压力脉动异常以及气泡体积分数变化，彻底突破了传统监控手段难以触及的微观监测盲区，使管控系统具备了从源头捕捉失稳萌芽的能力。
[0016]本发明通过流态成像构建模块根据采集的多源参数构建结晶器内冷却水的三维流态图谱，并进一步由失稳前兆判定模块根据该图谱计算混合指数和冷层体积分数，当混合指数低于第一预设阈值或冷层体积分数下降速率超过第二预设阈值时判定为流态失稳前兆，实现了对冷却水流态稳定性的量化评估与早期预警，使原本隐蔽且难以察觉的爆炸前兆特征得以显性化表达，为后续主动调控赢得了宝贵的响应时间。
[0017]本发明在判定为流态失稳前兆后，由调控决策计算模块根据铝液温度和铝液下落高度与各自临界阈值的比较结果计算所需的智能扰流器阵列展开程度，并由智能扰流执行模块精确调整智能扰流器阵列的实际展开状态以在冷却水通道内形成可控微湍流，实现了从被动监测到主动干预的根本性跨越，通过主动制造与风险等级相匹配的微湍流来破坏铝液与冷却水界面处的蒸汽膜稳定条件，从物理机理层面消除了爆炸触发可能，显著提升了铝型材生产线的本质安全水平。
附图说明
[0018]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明做进一步的说明;
图1为本发明中一种铝型材生产线的管控系统的原理图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]参照图1得到以下实施例：
实施例1：一种铝型材生产线的管控系统，包括：
数据采集模块，用于实时采集结晶器冷却水入口处和出口处的流动参数、结晶器的热力学参数以及铝液物性参数;
流态成像构建模块，连接至数据采集模块，用于根据流动参数和热力学参数构建结晶器内冷却水的三维流态图谱;
失稳前兆判定模块，连接至流态成像构建模块，用于根据三维流态图谱计算表征冷却水流态稳定性的混合指数和冷层体积分数，当混合指数低于第一预设阈值或冷层体积分数的下降速率超过第二预设阈值时，判定为流态失稳前兆;
调控决策计算模块，连接至失稳前兆判定模块，用于在判定为流态失稳前兆时，根据铝液温度和铝液下落高度与各自临界阈值的比较结果，计算所需的智能扰流器阵列展开程度;
智能扰流执行模块，连接至调控决策计算模块，包括设置于结晶器冷却水通道内的智能扰流器阵列，用于根据调控决策计算模块计算得到的展开程度，调整智能扰流器阵列的实际展开状态，以在冷却水通道内形成可控微湍流。
[0021]流动参数包括流速分布、压力脉动和气泡体积分数，热力学参数包括铝液温度、铝液下落高度和结晶器出口温度，数据采集模块包括：
多相流传感器单元，用于获取冷却水中的气泡体积分数，多相流传感器单元采用高频超声多普勒探头或电阻层析成像探头。常规的电磁流量计或涡轮流量计仅能测量冷却水的总体积流量，无法感知水中微观气泡的存在与分布。而在铝液铸造过程中，冷却水中混入的微量气泡是导致冷却强度局部不均匀、进而引发凝固壳厚薄不一的关键诱因。因此，需要采用专门的气液两相流检测技术实现对气泡体积分数的实时、精确测量。
[0022]高频超声多普勒探头的工作原理基于气泡在超声波场中的共振特性与散射效应。当超声波在含有气泡的液体中传播时，气泡作为一种声阻抗显著区别于水的介质，会对入射超声波产生强烈的反射和散射。高频超声多普勒探头向冷却水中发射特定频率的高频超声波，当超声波遇到气泡时，部分声波能量被气泡反射回探头。由于气泡随流体运动，反射波的频率会相对于发射波发生偏移，即多普勒频移。通过测量多普勒频移量，可以反演气泡的运动速度;而通过分析反射信号的强度，则可以推算气泡的尺寸和数量。更为先进的实现方式是采用双频超声技术，即同时发射一个低频“泵浦”信号和一个高频“成像”信号。低频泵浦信号会使与其共振频率相匹配的气泡产生共振，此时高频成像信号照射到共振气泡上，会返回包含两个频率之和与差的混频信号。由于气泡的共振频率与其直径存在确定的函数关系，通过检测混频信号的频率成分，即可精确确定气泡的尺寸分布;通过对混频信号的幅值进行积分，即可计算出单位体积内的气泡数量，进而获得气泡体积分数。这种方法的优势在于能够实现非侵入式测量，且对微小气泡具有较高的检测灵敏度。
[0023]电阻层析成像探头的工作原理基于不同介质具有不同电导率的物理特性。该探头由均匀布置于测量管道截面圆周上的多组电极阵列组成。在测量过程中，采用相邻激励模式，即依次向一对相邻电极施加恒流激励信号，同时测量其余相邻电极对上的边界电压。由于气泡的存在会导致局部电导率降低，当气泡流经电极截面时，测量到的边界电压会发生相应变化。通过采集完整的独立测量数据，并采用基于敏感场理论的图像重建算法，可以反演出测量截面上的电导率分布图像。在该图像中，电导率显著偏低的区域即对应气泡所在位置。通过对重建图像进行图像分割和区域统计，识别出所有气泡区域并计算其总面积，结合测量管道的截面积，即可获得当前截面的瞬时气泡相含率;通过对时间序列上的多帧图像进行统计平均，即可获得稳定的气泡体积分数。电阻层析成像技术的优势在于能够提供测量截面上的二维气泡分布图像，不仅可以获得总体体积分数，还可以观察气泡的空间分布均匀性，为分析流态失稳提供更丰富的信息。这两种探头均能实现非侵入式、实时连续的微观气泡监测，克服了传统方法无法感知微观气泡含量的技术盲区，为后续流态失稳识别模块计算混合指数和冷层体积分数提供了关键的数据支撑，获取冷却水中的气泡体积分数的原理在现有技术中均已经处于成熟程度，在此不再进行过多赘述，并且在实际使用过程中可以替换为本领域人员所熟知的技术手段。
[0024]非接触式测温单元，用于获取铝液温度和结晶器出口温度，非接触式测温单元包括设置于铸造模台区域的红外热成像装置，红外热成像装置朝向结晶器出口以获取铝液成型时的热图像，并通过图像识别算法将热图像转换为温度数据。铝液温度是决定凝固过程的核心热力学参数，而结晶器出口温度则直接反映铝液进入冷却水瞬间的初始热状态。传统热电偶测温方式存在两大局限：一是接触式测温响应速度慢，难以捕捉瞬态温度波动;二是在结晶器附近的高温、高湿、多铝蒸汽环境下，热电偶极易发生电气短路或腐蚀失效。红外热成像装置通过非接触方式获取铝液表面的红外辐射能量，由于铝液表面发射率在一定波段内相对稳定，根据普朗克黑体辐射定律，辐射强度与温度呈一一对应关系。图像识别算法将热图像转换为温度数据的具体实现方式为：首先对热图像进行几何校正和背景噪声滤除，然后基于预先标定的灰度-温度映射曲线，将图像中每个像素点的灰度值转换为温度值，最后根据结晶器出口区域在图像中的位置坐标，提取该区域的平均温度作为结晶器出口温度，同时提取铝液流股中心区域的最高温度作为铝液温度。这种非接触测量方式响应速度快、可获取二维温度场分布、且避免了传感器直接接触高温介质，显著提高了测温的可靠性和实时性。
[0025]激光测距单元，用于获取铝液下落高度，激光测距单元包括双点激光液位计，双点激光液位计同时检测结晶器内铝液液位和结晶器边缘参考点的高度，并计算两者之间的差值以获得绝对液位高度。铝液下落高度是指铝液从结晶器出口下落至冷却水液面之间的垂直距离，这一参数直接决定了铝液进入冷却水时的冲击动能和初始扰动强度。研究表明，下落高度超过90厘米时，铝液碎化概率和蒸汽爆炸风险显著增加。单点激光液位计在实际应用中存在固有缺陷：由于铸造过程中结晶器本身可能因热膨胀或机械振动发生微小位移，单点测量的液位变化可能是由结晶器整体位移引起，而非真实的铝液液位变化。双点激光液位计通过同时向两个目标发射激光脉冲并接收反射信号：第一个激光束对准结晶器内的铝液液面，测量传感器与铝液液面之间的距离;第二个激光束对准结晶器边缘的固定参考点，测量传感器与结晶器参考点之间的距离。将两次测量的距离值相减，即可消除因结晶器位移或传感器安装位置变化引入的系统误差，获得真实反映铝液与结晶器相对位置的绝对液位高度。该测量方式确保了铝液下落高度数据的准确性和可靠性，为后续综合风险指数的计算提供了精确的输入参数。
[0026]数据采集模块还包括：流场测量单元，流场测量单元包括：流速分布获取子单元，用于获取冷却水在结晶器入口处和出口处的流速分布，流速分布获取子单元包括设置于冷却水通道内的五孔探针阵列，五孔探针阵列中的每个五孔探针具有一个中心孔和四个围绕中心孔等角度布置的测压孔，通过采集各测压孔的压力值并根据伯努利定理计算获得冷却水的三维流速分布;流速分布是描述冷却水流态的核心参数之一。在铝液铸造过程中，结晶器内的冷却水流速分布直接影响冷却强度的均匀性，进而决定
铝锭凝固壳的成型质量。传统的单点流速测量方式，如涡轮流量计或单孔皮托管，仅能测量平均流速或单一方向的流速分量，无法获得三维流速分布信息，更无法感知流速剖面的空间不均匀性。而五孔探针阵列的引入，正是为了克服这一技术局限，实现对冷却水三维流速场的精细化测量。
[0027]五孔探针的工作原理源于流体力学中的伯努利定理和方向敏感性测压技术，伯努利定理描述了理想流体在定常流动中，沿流线的总压保持不变，且总压等于静压与动压之和。其中动压与流体的密度以及流速的平方成正比。这一关系构成了通过压力测量反推流速的物理基础。每个五孔探针由一个中心孔和四个围绕中心孔呈九十度等角度布置的侧孔组成，五个测压孔分别感受不同方向的总压和静压信息。当冷却水流经探针头部时，由于探针几何形状的设计，各测压孔测得的压力值会随来流方向和速度大小发生变化。具体而言，中心孔在探针轴线与来流方向一致时测得的总压最接近真实总压;而当来流方向偏离探针轴线时，中心孔测得的值会略低于总压，同时四个侧孔的压力值会出现差异，这种差异与来流的水平偏转角度和垂直俯仰角度存在确定的函数关系。
[0028]在实际应用中，首先需要在已知流速和方向的校准装置中对每个五孔探针进行标定，建立各测压孔的压力系数与流动方向角之间的标定数据库。压力系数定义为测压孔实测压力与静压的差值除以动压。在实际测量时，通过采集五路压力信号，结合标定数据库进行插值或迭代求解，首先确定来流相对于探针的水平偏转角度和垂直俯仰角度，然后根据中心孔压力与标定数据中对应方向角下的总压系数，反推真实总压，最后根据伯努利定理，以总压减去静压得到动压，再由动压与流体密度反算流速大小，流速的大小和方向均已确定即获得了该测点位置的三维流速矢量。
[0029]五孔探针阵列则是将多个五孔探针按照一定的空间布点规律，布置于结晶器入口和出口处的测量截面上。通过多点同步测量，可以获得整个测量截面上的三维流速分布场，包括主流速度分布、二次流分布以及湍流强度分布。这些信息对于分析冷却水是否出现偏流、回流等异常流态，以及评估冷却强度的空间均匀性，具有不可替代的价值。将五孔探针阵列设置于结晶器入口处，可以获取进入结晶器前的来流条件;设置于结晶器出口处，则可以获取经过结晶器换热后的流出流态，两者对比即可揭示结晶器内部的流动演变规律。这种多点阵列式三维流速测量方式，突破了传统单点测量的信息局限性，为后续流态成像构建模块生成初始三维速度场提供了高精度的数据基础
压力脉动获取子单元，用于获取冷却水在结晶器入口处和出口处的压力脉动，压力脉动获取子单元包括三组高频动态压力传感器，三组高频动态压力传感器分别设置于结晶器上游、结晶器入口处以及结晶器出口处的测量管路上，根据三组传感器的压力信号并采用三特征法进行多轮差分计算，消除泵源干扰以获得冷却水的压力脉动数据。
[0030]压力脉动是表征冷却水流态稳定性的另一个关键参数，在铝液铸造过程中，冷却水系统通常由离心泵驱动，水泵本身的周期性运转会产生固有的压力脉动信号，即泵源干扰。这种泵源干扰的频率通常与水泵的叶轮转速相关，属于确定性周期信号，而非流态失稳引发的随机性压力波动。如果仅采用单点压力测量，所获得的压力信号中必然混杂着泵源干扰和真实流态波动，无法区分两者的贡献，更无法准确识别流态失稳的前兆特征。因此，需要采用多点多维度的测量与信号处理技术，将泵源干扰与真实压力脉动分离开来。
[0031]三组高频动态压力传感器的布置方式体现了差分测量的思想，第一组传感器设置于结晶器上游的泵出口附近，主要感受水泵运行产生的原始压力脉动信号;第二组传感器设置于结晶器入口处，感受进入结晶器前的压力波动，此时信号中既包含传播过来的泵源干扰，也包含管道流动本身产生的波动;第三组传感器设置于结晶器出口处，感受流出结晶器后的压力波动，此时信号中包含了结晶器内部流动状态变化所引入的波动成分。三组传感器均采用高频动态压力传感器，其响应频率可达数千赫兹，能够捕捉到微秒级的压力瞬变，确保不丢失任何与流态失稳相关的高频成分。
[0032]三特征法进行多轮差分计算的具体实现方式为：第一轮差分，将结晶器入口处的压力信号与上游泵出口处的压力信号进行时域相减和频域相干分析，识别出与泵源频率相关的信号成分并初步滤除，获得初步消除泵源干扰后的入口压力脉动;第二轮差分，将结晶器出口处的压力信号与经过第一轮处理后的入口压力脉动信号进行对比，提取出结晶器内部流动所特有的波动特征;第三轮差分，结合入口和出口两处的信号进行互相关分析，进一步剔除可能存在的管道反射波干扰，最终获得仅与结晶器内局部流态失稳相关的纯净压力脉动数据。这种多轮差分计算方法的优势在于，充分利用了三个空间位置的压力信号之间的相关性与差异性，通过层层剥离的方式，将确定性泵源干扰、传播性管道波动与局部性流态波动逐步分离，最终提取出真正反映流态失稳本质的特征信号。压力脉动获取子单元中的高频动态压力传感器采用齐平安装方式设置于测量管路内壁，高频动态压力传感器的截止频率不低于被测压力脉动最高频率的5倍，以避免管腔效应引起的信号失真。
[0033]在一个具体实施方式中，流态成像构建模块根据数据采集模块获取的多个物理场参数，通过多物理场融合与迭代优化的方式，生成能够全面反映结晶器内部冷却水流动状态与热力学特征的三维流态图谱。流态成像构建模块根据流速分布获取子单元采集的冷却水三维流速分布数据，以及压力脉动获取子单元采集并经三特征法处理后的纯净压力脉动数据，采用计算流体动力学中的大涡模拟方法进行瞬态求解。大涡模拟方法的核心思想是将湍流中的涡旋结构按照尺度进行区分，对于对流动起主导作用的大尺度携能涡旋，直接通过数值求解纳维-斯托克斯方程来解析其时空演化过程;而对于小于计算网格尺度的微小涡旋，则采用亚格子模型进行模化处理，以考虑其对大尺度运动的影响。这种瞬态求解方法不同于传统的雷诺平均方法，后者只能获得流动的时间平均信息而丢失了脉动细节。通过大涡模拟瞬态求解，能够获得结晶器内冷却水在每一瞬间的三维速度矢量分布和三维压力分布，从而构建起包含丰富流动结构的初始三维速度场和初始三维压力场，更具体的现有技术实施细节在此不再进行赘述。
[0034]流态成像构建模块根据多相流传感器单元获取的气泡体积分数数据，采用两相流界面追踪方法中的流体体积分数耦合水平集方法，在已生成的初始三维速度场中构建气泡的初始三维空间分布。流体体积分数方法通过在每个计算网格单元内定义流体体积分数函数，即该单元内气相所占的体积百分比，来隐式地捕捉气液两相界面的位置。当流体体积分数值为一时表示单元内充满气相，为零时表示充满液相，介于零与一之间则表示界面穿过该单元。水平集方法则通过定义一个距离函数，以符号距离来表示计算域内各点到界面的距离，界面处距离函数值为零。将流体体积分数方法与水平集方法进行耦合，可以利用流体体积分数方法保证质量守恒的优势，同时利用水平集方法精确计算界面几何特性的优势，通过几何重构算法获得清晰、锐利且质量守恒的气液两相界面。在此基础上，将识别出的气泡界面与初始三维速度场相结合，为每一个气泡赋予空间位置坐标和随流场运动的初始速度，从而构建出气泡的初始三维空间分布。
[0035]流态成像构建模块根据非接触式测温单元获取的铝液温度和结晶器出口温度，采用热边界层分析方法计算获得结晶器内冷却水的三维温度场分布。热边界层分析基于普朗特提出的边界层理论，该理论指出当流体流经固体壁面时，在壁面附近很薄的区域内存在着显著的温度梯度，这一区域称为热边界层。在热边界层内部，热传导起主导作用;而在热边界层外部，可近似视为无粘性的主流区。针对结晶器冷却水流动的具体几何构型和边界条件，通过求解考虑能量守恒的热边界层方程，并将铝液温度作为热边界条件、结晶器出口温度作为初始条件，可以计算出冷却水在结晶器内部沿流动方向和垂直于壁面方向上的三维温度分布。由于铝液温度高达数百度，而冷却水温度通常较低，两者之间巨大的温差会在结晶器壁面附近形成极其陡峭的温度梯度，这种温度梯度的准确计算对于评估冷却强度的均匀性和凝固壳的成型质量至关重要。
[0036]流态成像构建模块将计算获得的三维温度场分布作为物理约束条件，对初始三维速度场和气泡的初始三维空间分布进行迭代修正。这一迭代修正过程确保最终获得的速度场和气泡分布场不仅满足质量守恒和动量守恒的基本物理定律，同时还满足与三维温度场分布相协调的热平衡要求。经过多次迭代收敛后，将修正后的三维速度场、三维压力场、三维温度场以及气泡三维空间分布进行时空对齐与数据融合，最终生成一个包含速度矢量、压力标量、温度标量以及气泡相分布等多维信息的结晶器内冷却水三维流态图谱。该图谱为后续判定流态失稳前兆提供了完整、精确且物理一致的数据基础。
[0037]在一个具体实施方式中，对初始三维速度场和气泡的初始三维空间分布进行迭代修正，以确保最终获得的流场参数严格满足物理守恒定律，为后续流态失稳判定提供精确可靠的数据基础。迭代修正过程通过数值计算中的残差驱动方法实现，具体执行步骤如下：
将流态成像构建模块生成的初始三维速度场和气泡初始三维空间分布，代入描述流体运动基本规律的质量守恒方程、动量守恒方程和热平衡方程中。质量守恒方程体现为连续性方程，要求流入与流出任一控制单元的质量流量相等;动量守恒方程即纳维-斯托克斯方程，要求作用于控制单元上的合力等于其动量变化率;热平衡方程则要求控制单元内的能量变化与热交换相平衡。由于初始场是基于有限测点数据插值和模型计算获得，未必能同时精确满足这三个基本方程，因此在各空间位置点上会产生相应的偏差量，这些偏差量分别称为质量残差、动量残差和能量残差。质量残差表征单位时间内控制单元内质量积累的程度，动量残差表征作用力与动量变化之间的不平衡程度，能量残差则表征热收支的不平衡程度。这三个残差是衡量当前流场与真实物理状态之间偏离程度的核心指标。
[0038]根据计算得到的各空间位置点的质量残差、动量残差和能量残差，分别乘以预设的松弛系数，获得各空间位置点的速度修正量和气泡位置修正量。松弛系数是根据计算流体力学领域的经验设定规则，结合铝液铸造过程的实际工况特点，由本领域技术人员通过数值试验总结出的经验值范围，并可根据专家经验针对不同规格的结晶器和不同铸造工艺进行适应性调整，松弛系数是一个介于零与一之间的数值，其作用在于控制每次修正的幅度，避免因修正量过大导致计算发散。从物理意义上理解，残差反映了当前流场在多大程度上违反了守恒定律，而修正量则是为了消除这些违反而需要对速度和气泡位置进行的调整。例如，在某一空间位置点，若质量残差为正值，表明该点存在质量的净积累，根据质量守恒定律，需要调整流入和流出的速度分布来消除这种积累，速度修正量即用于实现这一调整;同样，动量残差和能量残差则分别驱动相应方向上的速度修正和气泡位置修正。松弛系数的引入使得修正过程缓慢而稳定地进行，如同在数值求解中逐步逼近真实解，而非一步到位引起振荡。
[0039]根据计算得到的速度修正量和气泡位置修正量，对当前的初始三维速度场和气泡初始三维空间分布进行更新，获得更新后的三维速度场和更新后的气泡三维空间分布。这一更新过程是在每一个空间位置点上，将原有速度矢量加上速度修正量，将原有气泡位置坐标加上气泡位置修正量，从而获得一组新的、更接近满足守恒方程的流场数据。从数值计算的角度看，每一次更新都是对前一迭代步结果的改进，使得更新后的流场在整体上更趋近于质量、动量和能量平衡的真实状态。例如，在结晶器壁面附近的边界层区域，初始速度场可能存在因插值精度不足而产生的微小偏差，通过残差驱动修正，速度分布会逐渐调整到与壁面剪切力和热边界层相匹配的状态，使得动量残差和能量残差逐步减小。
[0040]将更新获得的三维速度场和气泡三维空间分布作为下一次迭代的初始值，重复执行前述的三个步骤，即重新代入守恒方程计算残差、根据残差乘以松弛系数获得新的修正量、再次进行更新。这一循环反复进行，直至所有空间位置点的质量残差、动量残差和能量残差均小于预设的收敛阈值。收敛阈值是一个足够小的正数，当残差低于该阈值时，可以认为当前流场已经足够精确地满足了质量守恒、动量守恒和热平衡的物理要求，与真实流动状态的偏差已可忽略不计。此时，最后一次迭代获得的三维速度场和气泡三维空间分布即作为修正后的最终结果，用于后续的流态图谱合成与失稳前兆判定。通过这种迭代修正方式，原本基于有限测量数据构建的初始场被赋予了严格的物理一致性，确保了后续所有分析与判定均建立在坚实可靠的流场基础之上。
[0041]在一个具体实施方式中，失稳前兆判定模块根据三维流态图谱计算表征冷却水流态稳定性的混合指数和冷层体积分数，以识别可能导致铝液泄漏和蒸汽爆炸的流态失稳前兆。冷层体积分数的计算基于对三维温度场分布与铝液凝固临界温度的比较分析，首先将三维流态图谱中的三维温度场分布与预设的铝液凝固临界温度进行比较，该临界温度是依据铝液合金成分和凝固特性预先确定的温度值，通常介于液相线温度与固相线温度之间。在所有空间位置点中，将温度低于该凝固临界温度的区域判定为冷层区域。冷层区域的形成是由于冷却强度过大或冷却不均匀导致铝液过早凝固，该区域内的凝固壳厚度异常变化是流态失稳的重要前兆特征。
[0042]提取冷层区域内各空间位置点的温度梯度，温度梯度反映了该点处温度变化的剧烈程度，温度梯度越大表明该处冷却强度越集中，凝固壳局部增厚的风险越高;同时提取各空间位置点与铝液界面的距离，该距离表征了该冷层区域距离铝液与冷却水接触界面的远近，距离越近则对界面稳定性的影响越直接。以温度梯度和该距离的乘积作为权重系数，对冷层区域进行加权体积统计，即对冷层区域内每一个微小体积单元赋予上述权重系数后进行累加。最后，将加权体积统计结果除以结晶器内冷却水的总体积，获得冷层体积分数。该冷层体积分数不仅反映了冷层区域的规模大小，更通过权重系数体现了冷层区域内最具危险性的位置对整体稳定性的贡献程度，避免了单纯统计体积而忽略危险区域分布的局限。
[0043]混合指数的计算基于对三维流态图谱中多物理场参数的融合分析，首先，根据三维流态图谱中的三维速度场、三维温度场和三维气泡分布场，提取冷却水与铝液界面处的法向速度梯度、法向温度梯度以及界面处的气泡体积分数。法向速度梯度是指沿垂直于界面方向上速度的变化率，反映了界面附近剪切作用的强烈程度，速度梯度越大则界面扰动越剧烈，越容易诱发Kelvin-Helmholtz不稳定性;法向温度梯度是指沿垂直于界面方向上温度的变化率，反映了界面附近热交换的强烈程度，温度梯度越大则界面处的热应力越大，蒸汽膜的稳定性越容易受到破坏。界面处的气泡体积分数是指紧邻界面这一薄层内气泡所占的体积比例，气泡的存在会显著降低界面的有效接触面积，同时气泡本身作为汽化核心会加剧局部沸腾，是蒸汽爆炸的重要触发条件。其次，将法向速度梯度与法向温度梯度的乘积除以预设的基准耗散尺度，获得初始扰动强度。这里预设的基准耗散尺度是依据计算流体动力学中的湍流理论预先确定的参考值，其物理意义在于表征流动中最小尺度涡旋对能量的耗散能力。在湍流理论中，耗散尺度通常与湍流动能和湍流耗散率相关，反映了湍流脉动被分子粘性耗散为热能的特征长度。
[0044]本实施方式中采用的基准耗散尺度，是基于铝液铸造工况下冷却水流动的典型湍流特性，通过理论分析和数值模拟预先标定获得的固定值，用于将界面处的速度梯度与温度梯度乘积这一具有不同量纲的物理量归一化为无量纲的初始扰动强度。然后，将初始扰动强度乘以界面处的气泡体积分数，初步引入气泡对界面稳定性的影响。最后，再乘以界面处的气泡体积分数与预设的临界气泡体积分数的比值，获得最终的混合指数。临界气泡体积分数是根据铝液与水接触发生蒸汽爆炸的临界条件预先确定的阈值，当气泡体积分数超过该临界值时，爆炸风险呈非线性急剧上升。通过引入气泡体积分数与临界值的比值作为二次加权因子，混合指数能够更敏感地捕捉当气泡含量接近临界危险区域时的风险放大效应。最终获得的混合指数是一个无量纲的综合指标，融合了界面剪切扰动、热交换强度、气泡含量及其与临界危险值的接近程度，能够全面表征冷却水与铝液界面处的失稳倾向，为后续的预警和调控决策提供量化依据。
[0045]当混合指数低于第一预设阈值或冷层体积分数的下降速率超过第二预设阈值时，判定为流态失稳前兆。其中，混合指数综合反映了冷却水与铝液界面处的剪切扰动强度、热交换剧烈程度以及气泡含量的耦合作用，其值越低表明界面越趋于稳定，但若过低则意味着界面处的动量与热量交换严重不足，导致蒸汽膜过度发育且无法及时破裂，形成持续稳定的蒸汽隔离层，这是铝液与水发生剧烈爆炸前的典型孕育状态;第一预设阈值依据燃烧学中火焰稳定性判据的临界值确定方法，通过采集历史事故工况下的混合指数数据，结合实验室模拟爆炸实验的临界点统计获得。冷层体积分数的下降速率则表征了结晶器内低温凝固区域的退缩速度，其值过快意味着冷却强度突然减弱或铝液局部过热，导致原本稳定的凝固壳迅速减薄甚至局部重熔，使高温铝液直接暴露于冷却水中;第二预设阈值借鉴气象学中冷池消散速率的统计方法，通过监测正常铸造过程中冷层体积分数的波动范围，采用统计过程控制中的均值极差法计算得出。
[0046]在一个具体实施方式中，调控决策计算模块根据失稳前兆判定模块发出的流态失稳预警信号，结合当前铝液温度和铝液下落高度的实时测量数据，计算确定智能扰流器阵列需要展开的具体程度，以在冷却水通道内形成与风险等级相匹配的可控微湍流。分别计算铝液温度与预设的温度临界阈值的温度偏离度，以及铝液下落高度与预设的高度临界阈值的高度偏离度。温度临界阈值是根据铝液合金成分的液相线温度和安全余量综合确定的基准值，当铝液温度超过该临界值时，铝液自身的过热度增大，进入冷却水后需要更长的凝固时间，凝固壳变薄的风险显著增加。高度临界阈值则是依据铝液与水接触发生蒸汽爆炸的临界下落高度研究成果确定的基准值，研究表明当下落高度超过九十厘米时，铝液因冲击动能过大而发生碎化的概率急剧上升，爆炸风险呈指数级增长。温度偏离度的计算方式为铝液温度实测值减去温度临界阈值后除以温度临界阈值;高度偏离度的计算方式为铝液下落高度实测值减去高度临界阈值后除以高度临界阈值。需要说明的是，在后续加权求和前，需对负值偏离度进行归零处理，即当实测值低于临界阈值时，该因素不贡献风险，其偏离度取值为零。这是因为低于临界阈值的工况属于安全范围，不应与超阈值工况进行抵消或补偿，否则可能出现一个危险因素被另一个安全因素掩盖的逻辑错误。例如当铝液温度超过临界阈值产生正向偏离度，而铝液下落高度低于临界阈值产生负向偏离度时，若直接相加会使综合风险指数被低估，无法真实反映铝液温度单独超限所带来的实际风险。
[0047]将经过归零处理后的温度偏离度和高度偏离度进行加权求和，获得综合风险指数。温度偏离度的权重系数和高度偏离度的权重系数是根据历史事故数据的统计分析结果确定的。具体而言，收集历史上发生的铝液泄漏和蒸汽爆炸事故的完整记录，对每起事故发生时铝液温度偏离度和铝液下落高度偏离度分别进行量化计算，同时统计事故造成的损失程度作为事故严重性指标。通过多元回归分析方法，建立事故严重性与温度偏离度、高度偏离度之间的关联模型，回归系数即反映了两个因素对事故后果的相对贡献大小，以此作为权重系数的确定依据。经过对大量历史事故数据的统计分析，可以客观地确定温度偏离度和高度偏离度在综合风险指数中的权重分配，使得综合风险指数能够更准确地反映实际风险水平。
[0048]将计算得到的综合风险指数输入预设的展开程度函数，通过函数映射获得所需的智能扰流器阵列展开程度。展开程度函数是一个预先确定的数学关系式，其输入为综合风险指数，输出为介于百分之零到百分之百之间的展开程度数值。该函数的基本形式为单调递增函数，意味着随着综合风险指数的升高，智能扰流器阵列的展开程度也相应增大，以更强的扰动来应对更高的风险。当综合风险指数为零时，表明铝液温度和下落高度均未超出临界值，此时不需要额外干预，展开程度为零;当综合风险指数达到预设的最大风险阈值时，表明风险已达到系统设计的最大容忍限度，此时需要智能扰流器阵列完全展开，以最大强度的可控微湍流来破坏爆炸触发条件。
[0049]展开程度函数的具体形式可以采用线性函数或非线性函数，本实施方式中采用的是分段线性函数与指数函数的组合形式。当综合风险指数处于较低区间时，采用较小的斜率，使展开程度随风险缓慢增加，避免过度干预造成不必要的能耗;当综合风险指数超过某一中间阈值后，采用指数增长形式，使展开程度迅速提升至较高水平，以匹配风险的非线性放大效应。最大风险阈值是根据结晶器冷却系统的设计极限和安全冗余确定的，当综合风险指数超过该阈值时，即使智能扰流器阵列完全展开也无法保证绝对安全，系统将同时触发紧急停机指令。通过这种从偏离度计算、负值归零、加权融合到函数映射的完整计算流程，调控决策计算模块能够根据实时测量的热力学参数，动态生成与当前风险等级精确匹配的扰流器展开指令，实现对冷却水流态的精细化主动调控。
[0050]在一个具体实施方式中，智能扰流执行模块在接收到调控决策计算模块发出的展开程度指令后，通过精确驱动结晶器冷却水通道内布置的智能扰流器阵列，实现对冷却水流态的主动调控，在通道内形成与当前风险等级相匹配的可控微湍流，从而破坏铝液与水接触时可能引发蒸汽爆炸的触发条件。
[0051]智能扰流器阵列由多个独立控制的扰流单元组成，每个扰流单元均包含一个可伸缩的扰流片和与之连接的微型电液执行机构。扰流片采用耐高温、耐腐蚀的
钛合金材料制成，其表面经过特殊处理以降低流体阻力。在初始状态下，扰流片完全收缩于通道壁面的凹槽内，与壁面齐平，此时对冷却水流不产生任何干扰，保持通道原有的流通截面积和流态特征。微型电液执行机构由控制器、伺服阀和液压缸组成，能够根据接收到的电信号指令，精确控制扰流片伸出通道壁面的高度和角度，实现从零到完全展开的连续无级调节，以下进行具体举例说明：
当调控决策计算模块计算得到的展开程度为零时，智能扰流执行模块向所有扰流单元发出零位保持指令，各扰流片完全收缩于壁面凹槽内，冷却水通道保持原流通状态。当展开程度为百分之二十时，智能扰流执行模块根据预先设定的空间分布策略，选择性地驱动部分扰流单元以百分之二十的幅度伸出，这些扰流单元按照错列方式布置于通道的特定截面，扰流片伸出后在局部区域产生微小的流动分离和涡旋，形成初步的可控微湍流，这些微湍流能够轻微扰动冷却水与铝液界面处的热边界层，促进界面处的微对流，但又不至于破坏整个界面的稳定性。
[0052]当展开程度达到百分之五十时，智能扰流执行模块驱动更多扰流单元伸出，且伸出幅度增加至百分之五十，此时扰流片在通道内形成较为密集的扰流阵列，产生的涡旋尺度增大、湍流强度增强。这些增强的微湍流能够有效破坏可能形成的连续蒸汽膜，使铝液与冷却水之间保持间歇性接触状态，避免因蒸汽膜过度稳定而引发的剧烈爆炸。当展开程度达到百分之八十以上时，智能扰流执行模块驱动所有扰流单元以接近全伸出的状态工作，此时通道内形成强烈的湍流脉动，扰流片产生的涡旋相互耦合形成大尺度的扰动结构，能够在铝液下落区域形成一个动态的扰动屏障，使铝液在进入冷却水的瞬间即被分散为细小颗粒并快速冷却，从根本上消除大体积铝液聚集引发爆炸的可能性。
[0053]上述模型或函数公式均是去量纲取其数值计算，模型或函数公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个模型或函数公式，模型或函数公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
[0054]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0055]本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件，或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
[0056]所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0057]以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
说明书附图(1)
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编辑：北方有色网
来源：南通陆威金属制品有限公司
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