【摘要】：當(dāng)前我國造紙工業(yè)發(fā)展深受能源條件制約,造紙工業(yè)能源消耗巨大,約占整個工業(yè)能耗2%。在造紙過程中能耗最大的部分是紙機干燥部,而烘缸又是干燥部的核心部件。傳統(tǒng)蒸汽烘缸因蒸汽冷凝造成凝結(jié)水聚集難以排出,凝結(jié)水聚集積水將形成水環(huán),不僅影響紙機向高速化發(fā)展,還增加熱阻影響烘缸干燥效率,同時影響成紙質(zhì)量。雖經(jīng)過虹吸管、擾流棒等一系列技術(shù)改造,但烘缸積水并沒有得到有效解決。多通道烘缸是解決蒸汽烘缸積水問題的一種新型烘缸,通入的蒸汽被限制在烘缸內(nèi)壁沿軸向上的小通道內(nèi)流過冷凝放熱,形成氣液兩相流被后續(xù)蒸汽推動排出烘缸,烘缸內(nèi)無積水。多通道烘缸傳熱系數(shù)受蒸汽冷凝氣液兩相流規(guī)律的影響,故分析通道內(nèi)蒸汽冷凝的影響因素對提高兩相流凝結(jié)換熱與烘缸干燥性能有重要價值。為了深入研究多通道烘缸的換熱特性,探究數(shù)值模擬方法在多通道烘缸研究上的應(yīng)用,確定合理的多通道烘缸結(jié)構(gòu)參數(shù)。本文采用數(shù)值模擬與實驗研究的方法,針對單個通道內(nèi)蒸汽冷凝氣液兩相流進行了研究。主要研究內(nèi)容如下:(1)針對多通道烘缸通道內(nèi)蒸汽冷凝開展數(shù)值模擬分析。由于Fluent軟件自帶模型無法很好的實現(xiàn)蒸汽凝結(jié)數(shù)值模擬,本文擬合了蒸汽物性參數(shù)變化曲線,根據(jù)相變模型建立源項,編寫UDF程序接入Fluent進行補充。得出冷凝換熱系數(shù)隨蒸汽質(zhì)量流速、飽和溫度以及高寬比的增大而增大;蒸汽質(zhì)量流速和高寬比增大將增大兩相流動壓降,而飽和溫度升高將減小兩相流動壓降。在一定范圍下,數(shù)值模擬能有效的預(yù)測蒸汽冷凝特性,但還存在偏差,有待進一步改善提高。(2)對多通道烘缸矩形通道內(nèi)蒸汽冷凝流動進行可視化研究。基于實驗平臺,在質(zhì)量流速、干度以及冷卻水質(zhì)量流量的影響下,對蒸汽在通道內(nèi)凝結(jié)換熱實施實驗測量;觀察泡狀流、塞狀流、分層流、波狀流、彈狀流、環(huán)狀流流型變化;同時得出冷卻水質(zhì)量流量增加時,流型變化與蒸汽質(zhì)量流速增加呈相反的流型變化;蒸汽干度直接影響在通道內(nèi)氣液冷凝兩相占比,對流型變化影響明顯。(3)對蒸汽在矩形通道內(nèi)冷凝特性進行了研究,并將所得實驗數(shù)據(jù)與現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式進行了對比。研究表明,蒸汽質(zhì)量流速與干度的增加會增加氣液兩相間的剪切力,流型向液膜變薄的方向變化,減小熱阻,增大冷凝換熱系數(shù)和兩相流動壓降。由于實驗是單邊換熱,冷卻水質(zhì)量流量的改變對冷凝換熱系數(shù)的影響不大,兩相流動壓降隨冷卻水質(zhì)量流量的增大而減小。實驗數(shù)據(jù)與現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式進行對比,發(fā)現(xiàn)Yan的關(guān)聯(lián)式能很好的預(yù)測本實驗結(jié)果。(4)針對通道形狀對蒸汽冷凝特性的影響,設(shè)計加工了梯形通道,在相同的蒸汽質(zhì)量流速條件下,對比蒸汽在矩形與梯形通道內(nèi)的冷凝特性。研究表明,受重力影響,冷凝液在梯形通道底部聚集明顯,由于蒸汽冷凝液膜在周向上有流動,引起水平軸向上蒸汽流動干擾,造成梯形通道內(nèi)平均兩相流動壓降較矩形通道中大,梯形通道形狀的改變對冷凝換熱系數(shù)有所提高,而在整個蒸汽質(zhì)量流速變化過程中,矩形通道平均冷凝換熱系數(shù)比梯形高2.8%。所以,對于多通道烘缸設(shè)計,選擇矩形通道結(jié)構(gòu)更合理。本文對多通道烘缸通道內(nèi)蒸汽冷凝凝結(jié)換熱進行數(shù)值模擬與實驗研究,結(jié)果表明蒸汽冷凝兩相流特性復(fù)雜,但提升了多通道烘缸換熱能力,借助仿真軟件,能有效輔助多通道烘缸設(shè)計與研究,同時矩形通道更符合多通道烘缸設(shè)計要求。
【圖文】：

陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文部長網(wǎng)抄紙機誕生起，傳統(tǒng)烘缸便作為干燥設(shè)備廣泛的角色�；窘Y(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，在傳統(tǒng)烘缸干燥過鍋爐加熱產(chǎn)生，后進入高速旋轉(zhuǎn)的烘缸中，蒸汽遇到對流和熱傳導(dǎo)的方式將蒸汽汽化潛熱釋放出來，熱量張，去除濕紙張中的水分達到干燥的目的，各層熱阻汽冷凝凝結(jié)成冷凝水，進而在烘缸中聚集形成熱阻，和空氣大，同時熱導(dǎo)率小于烘缸壁，所以致使冷凝水缸干燥效率下降，，增加能耗。

進而在烘缸中聚集形成，同時熱導(dǎo)率小于烘缸壁，所以致使率下降，增加能耗。 2-人孔 3-保溫裝置 4-傳動側(cè)烘缸蓋 圖 1-1 烘缸結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1-1 The structure diagram of dryer
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK124;TS734

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本文編號：2709707