【文章內(nèi)容簡介】 懸浮液的兩相必須采用獨立的數(shù)學方程來描述，同時要增加兩相交界面上的動量控制方程。確定纖維相和水相之間的相互作用：纖維在流場中除了管壁對其施加的粘性摩擦應(yīng)力tw，還受到附加湍流剪切應(yīng)力ta，纖維間還存在范德華力、水橋聯(lián)結(jié)力、纖維的彈性彎曲產(chǎn)生的內(nèi)聚力、表面張力等。纖維相和液相間同時存在傳質(zhì)和動量交換過程，必須通過一定假設(shè)和簡化對相間相互作用從而建立起適當?shù)奈锢砟Ｐ?。以上問題必須通過將數(shù)值模擬和實驗研究結(jié)合起來，對低濃紙漿纖維懸浮液在各種復(fù)雜流場內(nèi)的流動特性進行研究，得出低濃紙漿纖維懸浮液的流動規(guī)律。二、對流漿箱的功能元件的幾何結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，均勻、穩(wěn)定地分布，保證壓力均布、速度均布、流量均布、濃度均布。漿流沿紙機幅寬均勻分布，對消除紙頁橫幅定量偏差、克服在紙幅上出現(xiàn)漿道、保證紙幅的質(zhì)量起著重要的作用。漿流在布漿器中流動時，由于克服總管內(nèi)壁的摩擦阻力引起摩擦壓頭損失；由于總管橫截面逐漸收縮要引起收縮壓頭損失；由于一部分漿流由沿總管軸線流動轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇诳偣茌S線的流動要引起分岔壓頭損失。實際設(shè)計中對這三種壓頭損失很難求得準確值，所以錐形總管設(shè)計過程中大部分不考慮或只考慮其中一種壓頭損失，這對于以前的低速紙機、幅寬較窄基本能滿足使用要求，但是隨著紙機車速的提高，幅寬變大，漿流在總管內(nèi)的各類壓頭損失顯得非常重要，不得不考慮其對均勻布漿的影響。因此對漿料在布漿器中流動機理的研究和正確設(shè)計布漿器是保證漿流從布漿器中均勻排出的首要條件。為實現(xiàn)流漿箱橫向均布漿料的功能，在考慮漿料在布漿總管內(nèi)的摩擦壓頭損失、收縮壓頭損失以及分岔壓頭損失的條件下，以及漿料回流量和稀釋水加入的影響，對布漿總管的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，實現(xiàn)漿料在各種進漿流速下達到沿紙機橫幅均勻分布。2. 紙漿纖維的絮聚是纖維懸浮液的一種存在狀態(tài)，其產(chǎn)生的機理還在不斷地探索之中。初步認為是由于纖維在流體動力或機械外力的作用下，受力變形而形成纏結(jié)的絮聚團。要形成勻度良好的紙幅必須避免紙漿纖維懸浮液內(nèi)的出現(xiàn)大的纖維絮聚團，流漿箱必須具備良好發(fā)散纖維的能力。纖維網(wǎng)絡(luò)和絮聚團具有一定的剪切強度，它有一定的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。纖維間也具有一定的抵抗分散的能力。因此，要分散纖維絮聚團就必須要有一定的剪切力。漿流處于湍流狀態(tài)時，漿流所具有的剪切力將使纖維的絮聚團分散。分散程度取決于湍流所能產(chǎn)生的剪切力大小。為了使纖維絮聚團能得到良好的分散，許多科研人員設(shè)計出不同形式的湍流發(fā)生器，如階梯擴散器、漸擴管、圓轉(zhuǎn)方形擴散器、蜂窩狀湍流發(fā)生器等，從使用的實際情況看，各種湍流發(fā)生器都取得了較好的效果，但也有部分湍流發(fā)生器造成了掛漿、堵塞的情況，另外對于不同的紙機和生產(chǎn)不同的紙種以及不同的纖維原料應(yīng)該采用什么樣的湍流發(fā)生器還有待于進一步研究，要進一步優(yōu)化湍流發(fā)生器必須從流體力學的角度出發(fā)，討論湍流發(fā)生器的流體力學原理，研究漿流在湍流發(fā)生器中的湍流結(jié)構(gòu)特征、以及湍流尺度和壓頭損失的計算，并且要研究湍流發(fā)生器結(jié)構(gòu)對漿流流態(tài)的影響。本項目研究在不同流速的漿料在不同結(jié)構(gòu)形式的湍流發(fā)生器內(nèi)所產(chǎn)生的湍流強度、湍動尺度以及纖維絮聚團的分散效果，通過CFD軟件和合理的湍流數(shù)學模型，對湍流發(fā)生器內(nèi)漿流的湍流結(jié)構(gòu)特征進行計算仿真，根據(jù)漿流在近壁處粘性摩擦應(yīng)力tw、管中粘性摩擦應(yīng)力tu、附加湍流剪切應(yīng)力ta、以及分散網(wǎng)絡(luò)所需的網(wǎng)絡(luò)分散力tn和分散絮聚物所需的絮聚分散力tc的計算式，利用Fluent的UDF功能，導(dǎo)入湍流模型，求得湍流結(jié)構(gòu)、強度、尺度與湍流發(fā)生器的幾何參數(shù)、漿流流速、漿流流動特征的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)不同情況如：車速、纖維原料、生產(chǎn)紙種等對湍流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)形式和幾何參數(shù)進行優(yōu)化，實現(xiàn)流漿箱的纖維分散的功能。，它改變了以往通過唇板配曲的調(diào)節(jié)方法，避免唇板發(fā)生永久變形，而且便于自動控制。稀釋水調(diào)節(jié)漿濃控制全幅定量的工作原理是：在布漿元件與支管之間，沿橫向選擇適當?shù)拈g隔距離，向布漿元件的上游注入稀釋水，通常為造紙白水，用以局部調(diào)節(jié)漿料濃度，實現(xiàn)紙頁橫幅定量一致。根據(jù)稀釋調(diào)節(jié)定量的原理，稀釋水與主漿流的充分混合是調(diào)節(jié)局部濃度控制全幅定量的必要條件。導(dǎo)致物料混和的機理是分子擴散、湍流擴散和主體擴散，在促使物料均勻，密切物料接觸的過程中，它們各自起著不同的作用。分子擴散是相對的分子運動造成的。在任何存在兩種分子的系統(tǒng)中，只要時間夠長，分子將互相混合，形成分子尺度上的均勻混合物，任何混合過程，最終都趨于均勻。但因為速度太慢，往往不能適應(yīng)工業(yè)上實際過程的需要。湍流擴散可以使流體破碎成許多小的微團，增加了分子擴散的面積，從而大大加速了混合過程。主體擴散是指某種主體運動所引起的擴散，它迭加在分子擴散或湍流擴散上。高速紙機的流漿箱內(nèi)漿速都處于湍流狀態(tài)，可以利用湍流擴散實現(xiàn)稀釋水與主漿流的充分混合，但是在混合過程中就導(dǎo)致一個問題出現(xiàn)——質(zhì)量遷移，稀釋水在主漿流內(nèi)充分擴散，稀釋水的質(zhì)量由注入點向兩邊遷移，這樣就導(dǎo)致稀釋水的調(diào)節(jié)精度不高。目前國內(nèi)外先進紙機的稀釋水的安裝間距一般在60mm，如果稀釋水的橫向遷移明顯的話就無法實現(xiàn)點對點的精確調(diào)節(jié)。本項目研究稀釋白水的加入量和加入方式對稀釋白水和主漿料的混合效果的影響，利用CFD的Mixture模型，計算兩相流的混合狀態(tài)，并通過對白水在流漿箱中的流線分析研究白水在漿料中的擴散和質(zhì)量遷移，實現(xiàn)稀釋白水的點對點調(diào)濃功能，提高稀釋白水濃度調(diào)節(jié)的量的精確度和位置的準確度。，人們對紙頁中纖維定向提出了更高的要求，越來越多的研究人員也開始重視該領(lǐng)域的研究。對于機制紙來說，比較明顯的纖維定向的表現(xiàn)是紙頁抗張強度在縱橫方向的差異，即紙頁的縱向抗張強度高于橫向的。這一現(xiàn)象本身并不成為大問題，但其引發(fā)的問題就比較嚴重了:如紙頁纖維在縱向較多地分布，當溫度和濕度