本文關(guān)鍵詞：紙漿的流變特性及其在異形流道中流動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國(guó)造紙工業(yè)的發(fā)展對(duì)造紙裝備和技術(shù)提出了更高的要求,針對(duì)紙漿纖維懸浮液的特性對(duì)紙機(jī)流漿箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義,本文主要針對(duì)紙漿纖維懸浮液的流變特性及其在異形流道中流動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬展開(kāi)研究。本研究自主設(shè)計(jì)并加工了一套完整的實(shí)驗(yàn)用可視化流漿箱系統(tǒng),得到的實(shí)驗(yàn)用可視化流漿箱系統(tǒng)成品在PIV測(cè)量中的應(yīng)用效果良好,能夠?qū)FD模擬結(jié)果進(jìn)行有效驗(yàn)證。通過(guò)使用一種基于振動(dòng)扭轉(zhuǎn)諧振器的新型流變?cè)O(shè)備來(lái)對(duì)紙漿纖維懸浮液的黏度和粘彈性進(jìn)行表征,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)未漂硫酸鹽麥草漿紙漿濃度低于1%時(shí),紙漿纖維懸浮展現(xiàn)出類(lèi)似于水的牛頓流體特性。直接將紙漿纖維用作PIV實(shí)驗(yàn)的示蹤粒子,用以描述紙漿纖維懸浮液中纖維相的流場(chǎng)特性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,低濃紙漿纖維懸浮液的流動(dòng)過(guò)程中,纖維相的流動(dòng)速度小于水相的流動(dòng)速度,纖維相與水相之間存在相互作用,水相和纖維相的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相似。流漿箱中有著異形流道的階梯擴(kuò)散管和湍流發(fā)生器能夠產(chǎn)生微湍流,成為了研究的關(guān)鍵。使用Realizableκ-ε湍流模型、SIMPLEC算法和二階迎風(fēng)格式對(duì)階梯擴(kuò)散管和湍流發(fā)生器中的流動(dòng)進(jìn)行了CFD模擬,與PIV測(cè)量結(jié)果的對(duì)比說(shuō)明,模型能較好的反應(yīng)流道中流動(dòng)的實(shí)際情況。模擬結(jié)果表明,階梯擴(kuò)散管的突擴(kuò)結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)流動(dòng)的湍動(dòng)能和湍動(dòng)能耗散率;階梯擴(kuò)散管大小管直徑比小于1.25時(shí),將無(wú)法形成有效的微湍流;大于2時(shí),會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)死角區(qū)域。湍流發(fā)生器出口界面矩形一條邊尺寸固定時(shí),錐度對(duì)軸心線上的湍動(dòng)能和湍動(dòng)能耗散率影響不明顯,其曲線符合單指數(shù)衰減函數(shù)規(guī)律;無(wú)錐度或者錐度大于3°,都會(huì)造成湍流發(fā)生器中流速分布不均。在已驗(yàn)證的CFD模型中引入湍流狀態(tài)下的物質(zhì)輸送模型,對(duì)稀釋水調(diào)節(jié)的異形流道流場(chǎng)特性進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明,階梯擴(kuò)散管能夠縮短稀釋水和主漿流完全混合需要的流道長(zhǎng)度,表現(xiàn)為階梯擴(kuò)散管軸心線上的漿濃曲線在突擴(kuò)處出現(xiàn)了“臺(tái)階”特征。稀釋水在突擴(kuò)處之后的流動(dòng)中擴(kuò)散時(shí),階梯擴(kuò)散管橫截面水平中心線上的漿濃曲線呈現(xiàn)“V”形狀,其分布符合高斯模型的特征。隨著稀釋水注入速度的增加,階梯擴(kuò)散管出口橫截面中心點(diǎn)的漿濃隨之線性降低;隨著稀釋水注入濃度的增加,階梯擴(kuò)散管出口橫截面中心點(diǎn)的漿濃隨之線性升高。稀釋水在圓變方形湍流發(fā)生器中擴(kuò)散時(shí),湍流發(fā)生器橫截面水平中心線上的漿濃曲線呈現(xiàn)“W”形狀,其分布符合由D.Gorinevsky等提出的稀釋水橫向響應(yīng)模型。
【關(guān)鍵詞】：紙漿纖維懸浮液 流變特性 水力式流漿箱 CFD PIV
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TS713
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-35
• 1.1 稀釋水流漿箱的功能與發(fā)展12-18
• 1.1.1 流漿箱的發(fā)展歷史12-14
• 1.1.2 稀釋水流漿箱的結(jié)構(gòu)14
• 1.1.3 稀釋水流漿箱的類(lèi)型及其對(duì)橫幅定量的控制14-18
• 1.2 紙漿纖維懸浮液流變特性的研究進(jìn)展18-26
• 1.2.1 紙漿纖維懸浮液簡(jiǎn)述18-23
• 1.2.2 紙漿纖維懸浮液的表觀屈服應(yīng)力23-24
• 1.2.3 紙漿纖維懸浮液的剪切黏度24-25
• 1.2.4 紙漿纖維懸浮液的粘彈性25
• 1.2.5 紙漿纖維懸浮液的流體化25-26
• 1.3 計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證26-33
• 1.3.1 三維幾何建模軟件與CFD軟件介紹26-28
• 1.3.2 數(shù)值計(jì)算方法與湍流模型28-31
• 1.3.3 CFD模擬的驗(yàn)證31-33
• 1.4 本文的研究意義、內(nèi)容和方法33-35
• 第二章 實(shí)驗(yàn)用可視化流漿箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究35-64
• 2.1 可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)意義與目標(biāo)35-36
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)與加工36-57
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)用可視化水力流漿箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36-54
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)用可視化水力流漿箱加工方法54-55
• 2.2.3 循環(huán)流送系統(tǒng)設(shè)計(jì)55-57
• 2.3 可視化實(shí)驗(yàn)原理與方法研究57-63
• 2.3.1 PIV在紙漿纖維懸浮液流場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用57-58
• 2.3.2 PIV實(shí)驗(yàn)原理58-60
• 2.3.3 PIV實(shí)驗(yàn)裝置60-62
• 2.3.4 PIV實(shí)驗(yàn)方法62-63
• 2.4 本章小結(jié)63-64
• 第三章 紙漿纖維懸浮液的流變特性研究64-83
• 3.1 紙漿纖維懸浮液在剪切作用下的流變特性64-69
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>65
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)原理65-67
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)方法與材料67-68
• 3.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論68-69
• 3.2 紙漿纖維懸浮液在磁力攪拌作用下的流場(chǎng)表征69-77
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>69-70
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法與材料70-72
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論72-77
• 3.3 紙漿纖維懸浮液與高強(qiáng)微湍流77-82
• 3.3.1 湍流中纖維的運(yùn)動(dòng)77-81
• 3.3.2 高強(qiáng)微湍流對(duì)流漿箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的要求81-82
• 3.4 本章小結(jié)82-83
• 第四章 紙漿在階梯擴(kuò)散管中流動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬研究83-105
• 4.1 階梯擴(kuò)散管中流動(dòng)的可視化實(shí)驗(yàn)83-88
• 4.2 階梯擴(kuò)散管中流動(dòng)的CFD模擬88-92
• 4.2.1 三維幾何建模與網(wǎng)格劃分88-89
• 4.2.2 模擬的數(shù)值計(jì)算方法89-90
• 4.2.3 模擬結(jié)果可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比90-92
• 4.3 基于CFD的階梯擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)優(yōu)化92-103
• 4.3.1 三種結(jié)構(gòu)的階梯擴(kuò)散管模型建模及網(wǎng)格劃分對(duì)比93-95
• 4.3.2 模擬的數(shù)值計(jì)算方法95-96
• 4.3.3 模擬結(jié)果與討論96-103
• 4.4 本章小結(jié)103-105
• 第五章 紙漿在湍流發(fā)生器中流動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬研究105-124
• 5.1 湍流發(fā)生器中流動(dòng)的可視化實(shí)驗(yàn)105-109
• 5.2 湍流發(fā)生器中流動(dòng)的CFD模擬109-112
• 5.2.1 三維幾何建模與網(wǎng)格劃分109-110
• 5.2.2 模擬的數(shù)值計(jì)算方法110
• 5.2.3 模擬結(jié)果與可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比110-112
• 5.3 基于CFD的湍流發(fā)生器結(jié)構(gòu)優(yōu)化112-123
• 5.3.1 三種結(jié)構(gòu)的湍流發(fā)生器模型建模及網(wǎng)格劃分對(duì)比113-114
• 5.3.2 模擬的數(shù)值計(jì)算方法114-116
• 5.3.3 模擬結(jié)果與討論116-123
• 5.4 本章小結(jié)123-124
• 第六章 稀釋水調(diào)節(jié)的異形流道的流場(chǎng)特性研究124-139
• 6.1 流漿箱稀釋水調(diào)濃的優(yōu)點(diǎn)124-125
• 6.2 在流漿箱不同異形流道中注入稀釋水的CFD模擬125-127
• 6.2.1 三維幾何建模與網(wǎng)格劃分126
• 6.2.2 模擬的數(shù)值計(jì)算方法126-127
• 6.3 基于CFD的稀釋水調(diào)節(jié)流場(chǎng)特性127-137
• 6.3.1 稀釋水在階梯擴(kuò)散管內(nèi)擴(kuò)散的模擬結(jié)果與討論128-134
• 6.3.2 稀釋水在湍流發(fā)生器內(nèi)擴(kuò)散的模擬結(jié)果與討論134-137
• 6.4 本章小結(jié)137-139
• 結(jié)論139-142
• 本論文的主要研究成果139-140
• 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)140-141
• 研究工作展望141-142
• 參考文獻(xiàn)142-151
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果151-153
• 致謝153-154
• 附件154

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：紙漿的流變特性及其在異形流道中流動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：401475