水力式流漿箱內(nèi)漿料流動(dòng)的數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究.pdf

1、流漿箱是造紙機(jī)的心臟，其功能是把合乎抄紙要求的漿料，均勻一致、穩(wěn)定地沿造紙機(jī)橫幅全寬流送上網(wǎng)，為紙頁在造紙機(jī)網(wǎng)部的成形創(chuàng)造良好的前提。水力式流漿箱依靠合理的結(jié)構(gòu)勻整漿料，因此，各組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要非常符合流體力學(xué)原理，其中勻整裝置的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，直接決定了水力式流漿箱的工作性能。
　　 本文從漿料流動(dòng)特性及纖維分散機(jī)理的研究出發(fā)，基于對(duì)水力式流漿箱作用機(jī)理的分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)勻整裝置及唇板等部位的流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)水力式

2、流漿箱內(nèi)流場(chǎng)的流動(dòng)特性，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)勻整裝置及唇板結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)制作了試驗(yàn)裝置，通過對(duì)階梯擴(kuò)散器進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)試進(jìn)行優(yōu)化方案的驗(yàn)證，為設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)，以指導(dǎo)水力式流漿箱的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
　　 第一，漿料懸浮液是一種三相共存的復(fù)雜的分散體系，其流動(dòng)特性隨著漿料本身的性質(zhì)、濃度和流速等因素的不同而不斷變化。在較高濃度和較低流速條件下，纖維容易絮聚。漿流處于湍流狀態(tài)時(shí)，漿流所具有的剪切力將使纖維的絮聚團(tuán)束分散。通過分析纖維網(wǎng)

3、絡(luò)和絮聚的力學(xué)性能，得到分散纖維網(wǎng)絡(luò)臨界剪切應(yīng)力和分散纖維絮聚臨界剪切應(yīng)力的計(jì)算式，歸納了漿料中纖維分散的必要條件。
　　 第二，針對(duì)水力式流漿箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，探討了水力式流漿箱內(nèi)各組件的結(jié)構(gòu)型式和作用機(jī)理，總結(jié)水力式流漿箱的設(shè)計(jì)要求，討論了錐形總管的設(shè)計(jì)原理及生產(chǎn)中使用的計(jì)算公式，給出了孔板、管束及階梯擴(kuò)散器等布漿整流元件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分析了唇板結(jié)構(gòu)對(duì)噴射角及著網(wǎng)點(diǎn)的影響及漿流上網(wǎng)速度和唇口開度的控制。
　　 第三，通過分

4、析流漿箱內(nèi)漿流湍流狀態(tài)，提出其衡量指標(biāo)，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT6.2對(duì)水力式流漿箱內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，針對(duì)勻整裝置和唇板的不同結(jié)構(gòu)形式，改變?nèi)肟诹魉俸蛶缀涡螤睿A(yù)測(cè)漿料在水力式流漿箱內(nèi)的流動(dòng)特性，以湍流強(qiáng)度分布和速度分布等作為衡量指標(biāo)，評(píng)價(jià)各個(gè)因素對(duì)漿料勻整效果的影響，進(jìn)一步指導(dǎo)水力式流漿箱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
　　 第四，階梯擴(kuò)散器作為一種高效的布漿整流元件，對(duì)流漿箱內(nèi)復(fù)雜流場(chǎng)的漿料流動(dòng)狀況起著至關(guān)重要的影響。搭建階

5、梯擴(kuò)散器性能測(cè)試試驗(yàn)裝置，采用粒子圖像測(cè)速技術(shù)對(duì)階梯擴(kuò)散器進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)試，得到階梯擴(kuò)散器速度分布及阻力損失的變化情況等，對(duì)漿速和階梯擴(kuò)散器形狀、尺寸參數(shù)對(duì)成紙質(zhì)量的影響進(jìn)行分析，指導(dǎo)階梯擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　 第五，試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在階梯擴(kuò)散器內(nèi)出現(xiàn)低壓區(qū)，由于空化現(xiàn)象產(chǎn)生的氣泡，隨漿料噴射到成形網(wǎng)上，直接影響紙張質(zhì)量。因此，必須對(duì)階梯擴(kuò)散器和之后的唇板區(qū)的流動(dòng)狀況進(jìn)行深入分析，了解低壓區(qū)的分布，通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理地設(shè)置車速避

6、免空化的發(fā)生。
　　 研究結(jié)果顯示，方管出口階梯擴(kuò)散器更適用于高速紙機(jī)，只有適當(dāng)高的漿速和合適的幾何形狀尺寸才能得到定量均勻、勻度好的紙張，在高漿速和不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況下，容易出現(xiàn)空化現(xiàn)象，漿流中空氣量高會(huì)導(dǎo)致成紙結(jié)構(gòu)疏松，應(yīng)予以避免。
　　 通過流體動(dòng)力學(xué)理論分析，結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和粒子圖像測(cè)速技術(shù)，本文比較系統(tǒng)地研究了水力式流漿箱內(nèi)勻整裝置及唇板中的漿料流動(dòng)特性，但仍需對(duì)水力式流漿箱其他類型的勻整裝置進(jìn)行數(shù)值模