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《华南理工大学》 2011年
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基于CFD的高浓漂白塔稀释区流场及卸料系统的研究

曾劲松  
【摘要】:目前高浓纸浆降流漂白塔塔底卸料形式主要有两种:一种是直接对高浓纸浆卸料,另一种是将高浓纸浆在塔底稀释后再卸料。直接对高浓纸浆卸料会造成卸料能耗大、占用空间大,而高浓纸浆稀释后再卸料会由于稀释地点固定,纸浆不能均匀稀释,从而影响漂白效果,所以本论文通过研究一种旋转式稀释卸料系统的稀释区及其关键元件(包括喷水管和卸料器)的流场特点,优化关键元件的结构,从而达到卸料和漂白均匀的目的。现在该系统已经申请专利并公开。 高浓漂白塔塔底稀释区的流场模拟按照不同角度的等压和连续稳定生产两种过程进行,其研究内容如下: 1、通过对高浓纸浆的堆积密度研究,证明大多数纸浆的压实密度和松散密度之差(ρ-ρ_o)与高浓纸浆自重产生的压强P建立的回归曲线有临界点W,当压强P大于W时,(ρ-ρ_o)和P呈幂函数关系;当压强P小于W时,(ρ-ρ_o)和P呈线性关系;通过对工程塔的计算,知道高浓纸浆会对稀释区产生最大压强小于69000Pa,并确定了稀释区实验系统应该在湍流状态下进行流场研究。 2、通过对PIV系统介绍及其实验结果,认为:掩模技巧结合阈值确定作为基本方法,可以将稀释区水的示踪粒子和纸浆纤维粒子实行图像分离,从而各自可以得到较准确的两相流流场信息。 3、通过对直型、纺锤型、腰型三种喷水管在正、反转下进行速度分析和数值模拟,结果发现:纺锤型喷水管能更好地实现等浓度喷射;喷水管内充满着涡旋和回流等二次流;高速旋转会使喷水管的水流产生脱壁现象。 4、纸浆纤维粒子作为圆柱状颗粒在流场中的运动主要受到Stokes力、附加质量力和Basset力的作用。按照欧拉粒子流模型结合滑移网格技巧对纸浆悬浮液进行两相流模拟,结果发现:在等压过程和连续生产稳定过程中, S型卸料器比直型卸料器卸料快、均匀,湍动能大,使纸浆更不容易絮聚;立椭圆截面形状的S型卸料器具有卸料快、均匀、湍动能和耗散率高的特点;颗粒直径、黏度、密度三者虽然对卸料效果有影响,从其卸出的对应纸浆体积百分数来看,影响较小,然而转速对卸料效果影响非常显著。 对于以上研究内容,采用了PIV系统对水和浓度为0.01%的稀纸浆进行流场测量验证,同时对浓度为3-4%的低浓纸浆进行了卸料效果和流速大小的实验验证,结果表明:1)采用realizable k-ε模型和PISO算法以及二阶迎风离散格式来进行喷水管流场的数值计算是比较合适的;2)采用欧拉粒子流模型结合滑移网格、分散湍流模型对卸料器及其稀释区流场进行研究是可靠的;3)立椭圆截面的S型卸料器和纺锤型喷水管是这种旋转式稀释卸料系统的优化结构。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TS745

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