我国造纸工业的发展对造纸装备和技术提出了更高的要求,针对纸浆纤维悬浮液的特性对纸机流浆箱进行结构优化设计具有重要意义,本文主要针对纸浆纤维悬浮液的流变特性及其在异形流道中流动的计算机模拟展开研究。本研究自主设计并加工了一套完整的实验用可视化流浆箱系统,得到的实验用可视化流浆箱系统成品在PIV测量中的应用效果良好,能够对CFD模拟结果进行有效验证。通过使用一种基于振动扭转谐振器的新型流变设备来对纸浆纤维悬浮液的黏度和粘弹性进行表征,实验结果表明,当未漂硫酸盐麦草浆纸浆浓度低于1%时,纸浆纤维悬浮展现出类似于水的牛顿流体特性。直接将纸浆纤维用作PIV实验的示踪粒子,用以描述纸浆纤维悬浮液中纤维相的流场特性,实验结果表明,低浓纸浆纤维悬浮液的流动过程中,纤维相的流动速度小于水相的流动速度,纤维相与水相之间存在相互作用,水相和纤维相的运动规律相似。流浆箱中有着异形流道的阶梯扩散管和湍流发生器能够产生微湍流,成为了研究的关键。使用Realizableκ-ε湍流模型、SIMPLEC算法和二阶迎风格式对阶梯扩散管和湍流发生器中的流动进行了CFD模拟,与PIV测量结果的对比说明,模型能较好的反应流道中流动的实际情况。模拟结果表明,阶梯扩散管的突扩结构能增强流动的湍动能和湍动能耗散率;阶梯扩散管大小管直径比小于1.25时,将无法形成有效的微湍流;大于2时,会出现流动死角区域。湍流发生器出口界面矩形一条边尺寸固定时,锥度对轴心线上的湍动能和湍动能耗散率影响不明显,其曲线符合单指数衰减函数规律;无锥度或者锥度大于3°,都会造成湍流发生器中流速分布不均。在已验证的CFD模型中引入湍流状态下的物质输送模型,对稀释水调节的异形流道流场特性进行了模拟。模拟结果表明,阶梯扩散管能够缩短稀释水和主浆流完全混合需要的流道长度,表现为阶梯扩散管轴心线上的浆浓曲线在突扩处出现了“台阶”特征。稀释水在突扩处之后的流动中扩散时,阶梯扩散管横截面水平中心线上的浆浓曲线呈现“V”形状,其分布符合高斯模型的特征。随着稀释水注入速度的增加,阶梯扩散管出口横截面中心点的浆浓随之线性降低;随着稀释水注入浓度的增加,阶梯扩散管出口横截面中心点的浆浓随之线性升高。稀释水在圆变方形湍流发生器中扩散时,湍流发生器横截面水平中心线上的浆浓曲线呈现“W”形状,其分布符合由D.Gorinevsky等提出的稀释水横向响应模型。