水力式流浆箱关键技术机理研究与CFD应用
【摘要】:造纸工业是与国民经济发展息息相关的重要产业,我国未来的造纸工业发展机遇巨大,同时对制浆造纸装备提出了新的要求,流浆箱是造纸机械中技术含量高、发展速度快的一个关键设备,从工作介质方面来说,流浆箱属于流体机械的一种,本文从流体力学的角度出发,深入研究水力式流浆箱各功能元件的作用机理,采用CFD技术以及实验研究等方法研究水力式流浆箱的关键功能元件的性能,为流浆箱的研发和使用提供科学的参考依据。
纸浆悬浮液的流动既不同于水也不同于固液两相流体,它是固体、液体以及气体的三相共存体系,在一般情况下,纸浆悬浮液浓度都要高于临界浓度,纸浆悬浮液在流体动力以及纤维间相互作用力的作用下纤维交织成网络,纤维网络的强度决定于纤维的浓度,同时与纤维的其他物理性能有关。纤维网络的分散依赖于所受到的剪切力。高强度的微湍动可以有效的分散纤维网络,减少纤维絮聚。同时湍动又提供了纤维絮聚的动力,因此湍动具有二重性。
对湍流运动的模拟有多种不同的理论和方法,根据计算机的条件和研究湍流的不同目的,湍流数值模拟的精细程度有不同的层次。目前对湍流运动的数值模拟主要有三种:直接数值模拟(DNS-Direct Numerical Simulation)、大涡数值模拟(LES-Large Eddy Simulation)和雷诺平均数值模拟(RANS-Reynolds Averaged Navier-Stokes equations)。根据本论文的研究目的以及对湍流数值模拟的精细程度的要求,采用雷诺平均数值模拟可以满足对水力式流浆箱内低浓浆流的流场模拟。
系统地介绍了布浆总管内浆流的三种压头损失:摩擦损失、分岔压头损失和收缩压头损失及其对锥形总管内浆流压力的影响。利用数值模拟的方法研究了各种类型布浆总管的均匀布浆性能。利用数值模拟以及激光测速仪测量了实验流浆箱的唇口浆流速度横幅上不均匀性与布浆总管回流量之间的关系,实验以及数值模拟的结果显示:当总管的回流量偏小时,将导致靠近回流端的支管的流量增加,而当回流量过大时,则导致靠近回流端的支管流量减小。
根据湍动射流理论得出射流基本段长度以及平行射流组的速度分布,利用统计学原理提出整流室内浆流速度均匀性的评价标准。通过数值模拟的方法,得到水力式流浆箱整流室内浆流速度分布特性以及湍流强度的衰减趋势,在整流室内浆流随着整流室长度的增加,浆流速度逐渐均匀,而湍流强度逐渐下降,对整流室的长度的确定应该综合考虑速度的均匀性和浆流的湍流强度。采用Realizable k ?ε两方程湍流模型研究了布浆管束的直径以及入口速度对整流室长度的影响。分析了整流室内湍动的发展趋势。利用数据拟合的方法,给出了整流室长度的设计方程。
利用PIV技术对整流室内浆流速度分布进行测量,实验结果与数值模拟结果相符,证明可实现k-ε模型可以用于水力式流浆箱整流室内的淹没射流的流场计算。
分析了纸页横幅定量偏差调节的机理,以及唇板局部开度调节法和稀释水局部浓度调节法的特点和性能。分析了T形混合器的原理,利用数值模拟的方法对稀释水与主浆流的混合进行了数值模拟,得出了稀释水与主浆流的混合趋势。
采用可实现k-ε模型对整流室内射流扩散进行模拟,结果表明,在整流室内,射流逐渐向两边扩散,在射流中心附近,对定量的调节幅度最大,在射流中心两侧,射流呈线性关系扩散。稀释水对横幅定量偏差的实际调节效果与稀释水的浓度即留着率有关,通过添加稀释水,对纸页定量的调整最大可达8%。
|
|
|
|
1 |
刘建安,陈海峰,陈克复,雷以超;流浆箱和成形器未来的挑战[J];中国造纸;2001年01期 |
2 |
陈焙章;阶梯扩散器流浆箱的设计探讨[J];中国造纸;1979年04期 |
3 |
卢谦和,苏改铭;1760/100~140文化纸机敞开式流浆箱模拟及生产试验研究[J];造纸科学与技术;1991年03期 |
4 |
童志才;正确的组成是充实流浆箱流送系统的关键要素[J];轻工机械;1994年02期 |
5 |
朱志立;中低速纸机流浆箱改造体会[J];湖南造纸;1999年03期 |
6 |
唐颖,慈元钊,刘丽媛;改造流浆箱提高成纸质量[J];湖北造纸;2001年04期 |
7 |
张洪成;;度身定制 自主创新 提高我国流浆箱技术装备水平(续)——访杭州美辰纸业技术有限公司创始人林美婵高级工程师[J];中华纸业;2007年04期 |
8 |
林美婵;流浆箱的设计与改造实例[J];中华纸业;2000年06期 |
9 |
陈志鸿;新型稀释水控制流浆箱在包装纸机上应用的经验[J];湖南造纸;2002年02期 |
10 |
;美卓将采用ValFlo流浆箱技术对山东博汇纸业3~#纸机进行改造[J];造纸信息;2009年12期 |
11 |
林美婵;;匀浆辊流浆箱存在问题及其解决办法[J];轻工机械;1987年04期 |
12 |
程道华;引进国外先进技术改造国产3150纸机[J];中国造纸;1991年06期 |
13 |
周庆乐,谭志仁,卢谦和;新型低速造纸机流浆箱及供浆系统的稳流除气装置[J];中华纸业;1997年03期 |
14 |
杨福成,吴齐,娄进;局部调节浆浓控制全幅定量的新型流浆箱[J];国际造纸;1998年06期 |
15 |
潘于刚,于玲;压力式流浆箱计算机控制系统[J];中华纸业;2003年07期 |
16 |
;正隆纸板机经改造成功开机[J];福建纸业信息;2008年22期 |
17 |
卢谦和;刘淑端;谭志仁;周庆乐;;敞开式流浆箱各部分速度分布的测定及其对流浆箱性能影响的初步研究(纸浆流送机理研究第二部分)[J];广东造纸技术通讯;1981年01期 |
18 |
郭杰;纸张抄造过程中泡沫的影响及消除[J];中国造纸;1985年02期 |
19 |
刘焕彬,Louis,L.Edwards;对气垫流浆箱自动调节系统的评估[J];中国造纸;1989年03期 |
20 |
林美婵,张展鹤;流浆箱操作[J];中国造纸;1990年03期 |
|