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热磨法磨片纤维分离机理的模型分析与实验研究

陈光伟  
【摘要】:纤维板生产中,纤维原料的制备主要采用热磨法。热磨法是对纤维原料进行短时高温蒸煮后,利用磨片对原料的研磨作用促使纤维细胞迅速发生解离、转变为单体纤维的生产方法。揭示热磨法磨片纤维分离机理可以深入地开展纤维板生产工艺理论研究,建立完善的纤维分离理论;在技术层面上优化磨片的齿形结构,提高磨片的性能及其纤维制备质量和效率,有助于纤维板生产中的节能降耗。因此,热磨法磨片纤维分离机理的模型分析与实验研究具有重要的理论意义和实际应用价值。 本文根据植物纤维原料的种类和结构特性,纤维板生产工艺与设备构成,结合磨片的结构特征,分析说明了齿形结构参数对磨片纤维分离机理的影响;根据纤维原料的渐进式破碎和解离过程,分析了磨片破碎区、粗磨区和精磨区的作用机理,以及纤维原料在各区域的受力方式、强度及频率,推演了纤维原料逐步分离为纤维的进程,从宏观力学角度对磨片的纤维分离机理进行了分析研究。 本文应用流体力学理论,对磨片的纤维分离机理进行了模型分析。根据流体运动学理论,将纤维视为粘性流体物质,参考纤维分离过程的工况参数,提出了纤维流体密度、粘性的计算方法。建立了关于磨片间隙、磨齿倾角和齿槽宽度等磨片齿形结构参数的纤维运动模型,获得了表达纤维剪切流动基本规律和流场形式的数学描述;分析了边界层和磨齿粗糙表面对纤维运动速度的影响,磨片间隙和磨齿倾角对纤维运动规律的影响,以及齿槽宽度对纤维流量的影响,初步揭示了上述参数在磨片纤维分离机理中的作用机制。 本文根据纤维制备的生产工艺与设备状况,对影响纤维分离质量和能耗的外部因素进行了分析。根据流体动力学理论,建立了关于磨片齿形结构参数和纤维运动参数的热磨机功率消耗的数学模型,提出了纤维分离过程中热磨机能量消耗、以及纤维流动过程中能量损失的理论模型,分析了磨片齿形结构参数对纤维分离能耗的影响。基于磨片结构的设计参数与纤维制备的能耗控制参数,提出了衡量磨片纤维分离性能的评价参数,建立了磨片齿形结构参数、磨片性能以及纤维分离质量与能耗之间的联系。 本文通过纤维板生产实际的实验研究,分析了排料阀开度OV、出料螺旋转速SR、料位高度CH等热磨机工作参数对纤维质量QF、比能耗SEC和纤维产量TF的影响,在大样本条件下多元回归了三个影响因子对三个目标函数的统计关系式。根据三种纤维样本的形态尺寸测量数据,与对应的三种实验磨片齿形结构特征的对比统计,实验验证了磨片齿形结构差异对纤维形态尺寸的影响,以及磨片性能参数与纤维形态质量之间的关联性。 热磨法磨片纤维分离机理的模型分析与实验研究,深入剖析了磨片在纤维分离中的作用,利用模型分析方法明确了磨片齿形结构参数的作用机制,为磨片齿形结构的优化设计提供了理论基础和技术支持,提高了我国热磨法纤维分离理论的研究水平:为优化纤维制备工艺、创新设计纤维分离设备,为进一步提高纤维板制品质量,实现生产中的节能降耗提供了可靠保障。


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