论文部分内容阅读
造纸用盘磨机作为过程流体机械的代表性设备,已广泛应用于制浆造纸领域,人们对其磨盘的材料、制造工艺、磨盘失效(磨损)机理、磨齿排列方式等方面进行了广泛研究,磨盘齿型的设计、选择合理与否,将直接影响盘磨机打浆的质量和能效。本文基于三维建模软件SOLIDWORKS建立了制浆造纸用盘磨机常用的5种不同齿型的磨盘模型,并使用计算流体力学(CFD)软件Flow Simulation对这5种磨盘进行了内部流场模拟和分析。通过只改变磨盘齿型排列的方式,对磨盘磨区内浆料流速、流态以及磨齿表面受力的情况进行模拟和分析,发现这5种齿型结构所产生的磨浆效果差异明显,各有优劣,并在此研究的基础上提出了一种新型磨盘,最后通过数控雕刻机将磨盘加工成型,以便后来研究者对盘磨机磨盘磨浆过程做进一步的研究。本文的具体工作如下:(1)综述了国内外盘磨机磨盘设计理论及磨盘内部流场数值模拟分析的研究现状,磨盘齿型和排列结构设计理论及其对磨浆过程的影响因素等。建立了盘磨机齿型设计参数及磨盘内部流场计算机模拟的依据,并阐述了本文研究的内容及意义。(2)从浆料动力学原理的角度,对纸浆在磨盘齿槽内的流动机理进行了深入分析。明确了在复杂作用力的合力下,浆料在磨齿沟槽中的运动趋势,为解释磨浆过程计算机模拟结果以及新磨盘齿型结构设计提供了依据。(3)使用计算流体力学软件Flow Simulation,采用单因素法,对目前常用的5种不同齿型结构的盘磨机磨盘内部以15%工作浓度的浆料进行模拟分析,得到其内部流场流速、流迹线和磨齿表面剪应力的分布,横向对比了这5种不同齿型结构的磨盘优缺点,探讨了影响浆料流动状态的规律。(4)基于前文研究结果,通过演化传统磨盘齿型排列的方法,提出了一种新齿型磨盘。对新型磨盘内部流场进行计算机模拟,将模拟结果与前文中的5种常用磨盘进行对比。新型磨盘内部流场流动顺畅,流速均匀,磨齿表面受力良好,达到了改进提高的目的。(5)借助ArtCAM与Mach Mill辅助制造工具,使用CNC系统,以无色透明有机玻璃为材料,对上述磨盘进行了加工制造,为后期搭建可配合高速摄影机观察磨浆过程的小型试验平台打下了基础。