avatar avatar 我的文献 压力筛内部流场和波纹形状改进机理的数值模拟 作者 陈永利 单位 南京林业大学 导师 张辉 关键词 废纸制浆; 压力筛; 筛缝; 固液两相流; FLUENT; 数值模拟; 改进机理
摘要
节能减排、低碳经济的运行模式已成为现代造纸工业最重要的发展趋势。废纸的回收利用既节约资源,又减轻环境污染;越来越多的废纸浆的使用,使浆料中的杂质不断增多,严重影响了压力筛的筛选能力和筛选效率,同时也增加了筛选设备的能耗。为适应高产量、高质量、低能耗的发展要求,本文对压力筛筛选机理和关键部件的改进等方面进行了研究,所取得的成果必将促进我国造纸业向绿色低碳产业方向发展。本文在对制浆造纸压力筛设备关键部件、废纸浆料种类和性质,以及浆料悬浮液流动理论的分析研究基础上,应用两相流理论研究浆料悬浮液的运动状态;基于FLUENT软件对压力筛筛浆过程进行数值模拟,探讨浆料在压力筛中的运行状况,并分析研究压力筛关键部件的结构对模拟结果影响;进一步利用FLUENT软件对压力筛波纹面形状的不同改进方案进行数值模拟,探讨了波纹面影响的浆料筛选的重要机理,对压力筛波纹面形状设计提出构想。本文研究成果如下:(1)通过文献综合研究与有关厂家调研,目前压力筛研究的焦点为:转子旋翼形状的改进、筛孔和筛缝形状的改进与筛板表面形状的改进等等。(2)纸浆悬浮液是液固两相流体,是水和纸浆纤维的均匀多相混合物,属于非牛顿流体。浆料流动假设为不可压缩粘性流动,流体相和颗粒相均被视为连续介质,忽略纤维粒子间的相互作用力。(3)筛浆过程主要有阻碍性筛选和概率性筛选两种分离方法。优良的筛浆性能要求有高的筛选效率和较低的浆渣率,而通过率受到壁面效应和旋转效应两种因素影响。针对浆料流体的数学模型,采用较多较成熟的可实现性k-ε双方程模型进行数值模拟,使得有大量漩涡的湍流流动模拟更加准确。(4)利用FLUENT软件模拟压力筛筛浆过程,得到压力筛内部流场的分布情况。压力、流速和湍流强度都相互联系、相互影响。获得了压力筛整体的压力范围分布,以及压力筛内部浆料流体运行的迹线图,并通过对进出口的流量监测计算,获得了良浆的生产效率为80.58%。(5)利用FLUENT软件对压力筛筛缝波纹形状的改进机理和各种改进方案的模拟研究。从模拟结果可得知,筛缝入口处涡流不利于浆料纤维导入通过筛选。筛缝入口处的波纹圆倒角的值越大,筛缝入口处的浆料流体流线形态越平滑。最优改进下的流量比未改进情况增加了12.4%。通过分析比较筛缝波纹云图,得知缝前静压达到最小值,缝后静压力达到最大值。
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