造紙多通道烘缸流體流動與傳熱特性研究.pdf

1、在傳統(tǒng)的造紙烘缸干燥紙張的過程中，蒸汽在烘缸內(nèi)冷凝，冷凝水需要通過虹吸管排出烘缸，通常烘缸在高速運轉(zhuǎn)時冷凝水會形成水環(huán)，目前的虹吸排水裝置不能有效的排除冷凝水。而冷凝水的傳導(dǎo)系數(shù)僅為烘缸壁的導(dǎo)熱系數(shù)的1/87，冷凝水層的熱阻在總熱阻中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，它在很大程度上降低了烘缸傳熱系?shù)，制約了紙機的高速化發(fā)展。本文研究的新型無虹吸管造紙多通道烘缸將有效的解決傳統(tǒng)烘缸積水問題。新型多通道烘缸在烘缸內(nèi)壁上開有通道，通入烘缸內(nèi)的蒸汽被限制在小通道

2、中流動，冷凝水在高壓蒸汽的推動下從通道流出，故在烘缸內(nèi)部不產(chǎn)生積水。
　　 多通道烘缸作為一種新型的造紙烘缸，其通道內(nèi)部的流動及傳熱特性研究是多通道烘缸設(shè)計的基礎(chǔ)。本文通過理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，建立多通道烘缸通道內(nèi)流體流動與通道內(nèi)冷凝傳熱的數(shù)學(xué)模型，對多通道內(nèi)流體流動流型、壓力降及通道壁面的傳熱進行了數(shù)值模擬，通過理論分析及數(shù)值模擬，確定新型多通道烘缸的結(jié)構(gòu)并優(yōu)化。
　　 本研究的主要研究成果及主要貢獻表現(xiàn)

3、在如下幾個方面：
　　 (1)建立了多通道烘缸通道內(nèi)流體流動的數(shù)學(xué)模型。多通道烘缸通道內(nèi)蒸汽流動為氣液兩相流動，其流動數(shù)學(xué)模型根據(jù)流型的不同可以分為均相流動模型和分相流動模型。分別建立了在均相流動與分相流動過程中流體微元應(yīng)滿足的各類平衡方程式。
　　 (2)建立了多通道烘缸通道內(nèi)蒸汽冷凝傳熱的數(shù)學(xué)模型。模型根據(jù)無量綱數(shù)——流型準則數(shù)來判斷通道內(nèi)流體流動過程中是剪力控制還是重力控制，進而建立了通道內(nèi)液膜傳熱系數(shù)及氣相傳熱系

4、數(shù)公式，同時模型對通道內(nèi)流體流動過程中的壓力降的計算方法做了闡述。
　　 (3)對比分析采用數(shù)值模擬軟件FLUENT中的兩相流VOF模型，對多通道烘缸通道內(nèi)流體流動進行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果顯示多通道烘缸通道內(nèi)流型基本與經(jīng)典氣液兩相流流型圖Mandhane中的數(shù)據(jù)保持一致，同時對通道內(nèi)壓力降的分析得出當(dāng)通道內(nèi)流型為環(huán)狀流或環(huán)霧狀流時壓力降達到最小，得到此流型有利于烘缸傳熱。對新型多通道烘缸傳熱過程進行數(shù)值模擬分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多通道烘

5、缸單端進蒸汽對于通道的傳熱過程而言，有可能出現(xiàn)烘缸表面溫度不均勻的現(xiàn)象，為此需要對烘缸結(jié)構(gòu)設(shè)計進行改進。對比前人實驗發(fā)現(xiàn)，多通道烘缸具有比傳統(tǒng)烘缸高的傳熱系數(shù)，證明多通道烘缸是一種節(jié)能型烘缸。
　　 (4)通過對多通道烘缸通道內(nèi)流體流動與傳熱的數(shù)值模擬，對多通道烘缸進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，得到了新型雙端迸氣多通道烘缸，并應(yīng)用FLUENT軟件對雙端進氣多通道烘缸傳熱進行模擬分析，模擬結(jié)果顯示雙端進氣多通道烘缸對改善烘缸表面溫度的均勻性有