【摘要】：紙漿泵作為造紙工藝流程中重要的動力輸送設備,為響應國家的節(jié)能減排政策,提高紙漿泵性能具有重大意義。本文以扭曲三葉片開式葉輪離心式紙漿泵為研究對象,以清水和頭發(fā)纖維懸浮液為介質,通過外特性試驗和粒子圖像測速(Particle image velocimetry,PIV)試驗分析了懸浮液對泵外特性和葉輪內部流場的影響,并采用頻閃試驗研究拍攝葉輪流道內頭發(fā)纖維顆粒的分布,分析了頭發(fā)纖維顆粒在葉輪流道內的濃度分布和纖維取向分布。以上試驗研究結果可以對之后高效率紙漿泵的設計提供借鑒。本文主要研究工作和成果如下:(1)通過清水PIV試驗,對不同流量下紙漿泵葉輪流道內中間截面Z1和靠近后蓋板的截面Z2上的相對速度分布進行研究,試驗結果表明:在葉輪出口區(qū)域,Z1和Z2截面上的相對速度基本一致,而在其它位置處Z1和Z2截面上的相對速度相差較大。(2)通過PIV試驗,測量了頭發(fā)懸浮液液相流體在Z1截面上的相對速度分布,并與清水PIV結果進行對比發(fā)現:在小流量工況下,由于顆粒相的存在,使得液相流體的相對速度小于清水相對速度。且隨著位置向葉輪出口方向移動,液相流體和清水之間的速度差在減小。隨著懸浮液濃度增大,在r_0/r_2=0.6、r_0/r_2=0.7和r_0/r_2=0.85(r_0表示測量所在位置半徑,r_2表示葉輪出口半徑)處,液相流體的相對速度減小,在r_0/r_2=1處,液相流體的相對速度增大;隨著流量的增大,r_0/r_2=0.6、r_0/r_2=0.7處液相流體和清水之間的速度差減小,r_0/r_2=0.85處的速度差增大,r_0/r_2=1處的速度差基本不變。當流量增大時,葉輪內不同半徑處液相流體相對速度隨懸浮液濃度增大而變化的幅度降低。顆粒相的存在使得從吸力面到壓力面液相流體的速度變化幅度相對清水減小,流道內的速度分布更加均勻。(3)通過頻閃試驗,拍攝了在不同流量下,0.1%和0.2%濃度懸浮液固相顆粒在葉輪流道內的分布,試驗結果表明:小流量工況下,在靠近葉輪出口區(qū)域,葉片吸力面附近頭發(fā)顆粒的濃度大于壓力面附近頭發(fā)顆粒濃度,靠近壓力面一側流道內,頭發(fā)顆粒呈現出沿圓周方向取向的現象。額定流量和大流量工況下,在吸力面附近流道內,頭發(fā)顆粒呈現出沿徑向方向取向的現象。隨著流量的增大,葉輪流道內的頭發(fā)顆粒分布相對更加均勻。(4)通過試驗測量了間隙為0.5mm和0.9mm時輸送清水時泵的外特性和間隙為0.5mm時輸送0.1%和0.2%濃度頭發(fā)懸浮液時泵的外特性曲線,通過對外特性結果分析發(fā)現:當葉輪與前后擋板之間的距離增大時,泵的揚程和效率下降,且隨著間隙的增大,泵的最優(yōu)工況點向小流量偏移。紙漿泵在輸送頭發(fā)懸浮液時的揚程和效率低于輸送清水時的揚程和效率,且隨著懸浮液濃度的增大,泵的揚程和效率會進一步降低,在輸送低濃度頭發(fā)懸浮液時并未出現纖維懸浮流減阻現象。
【圖文】：

圖 1-1 管道內紙漿懸浮液的流體化過程Fig. 1-1Fluidization process of pulp suspension in pipeline紙漿懸浮液的流變特性是其重要的流動特性，由于中高濃度紙漿懸浮液在一定的剪切應力的作用下具有了流動性，使得通過葉片式泵輸送中高濃度紙漿懸浮液成為可能。在中高濃度紙漿懸浮液流變特性的研究方面，1981 年 Gullichsen等通過試驗發(fā)現了中濃紙漿在高剪切應力下會變成能像水一樣流動的流體，并且其流動阻力會減小即“阻力減小”現象[47]。1990 年 Ogawa 等對圓管中紙漿懸浮液湍流進行了研究，認為雷諾數大于 2500 之后紙漿懸浮液會進入湍流狀態(tài)，，并指出紙漿懸浮液的廣義雷諾數與紙漿懸浮液的種類、紙漿濃度、紙漿粘度、紙漿流速以及容器的形狀有關[48]。陳克復通過試驗得出草類纖維和廢紙纖維懸浮液的表觀粘度及壓頭損失值的計算式，得出 7 種中濃纖維懸浮液進入“流體化”段的臨界剪切應力值計算式[49]。陳奇峰等[50]通過試驗研究了濃度為 10%的未漂馬尾松硫酸鹽木漿在不同形狀轉子下的流體化過程，得出了中濃紙漿流體化時的臨

葉輪和蝸殼使用透明有機玻璃材料制造，為了減少在 PIV 試驗時蝸殼對激光的殼外形設計為方形，并且通過在泵的進口處安裝半螺旋吸水室將電機放在泵的進口同以使得在泵的后蓋板一側沒有障礙物阻擋對泵內流動情況的觀察，方便了 PIV 試驗驗時相機對泵內流場的拍攝。重新設計的模型泵結構圖和零件圖如圖 2-3 所示。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS737.2

【參考文獻】

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本文編號：2632162