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中国造纸行业的快速发展对造纸工业装备和生产工艺提出了更多的要求,针对性地研究纸浆纤维悬浮液的流变特性可以为造纸装备中流浆箱的结构优化设计提供理论基础,具有重要的现实意义。纸浆纤维悬浮液在纺织、化工、复合材料等领域得到广泛的应用,在提升材料的流变性能,增加纸浆与化学药品间的快速反应等方面发挥作用。本论文研究紧紧围绕着粒子图像测速仪(PIV)系统这一核心设备,结合PIV和MATLAB等技术手段进行实验,针对纸浆纤维悬浮液在磁力搅拌器流场中的流变特性展开研究。(1)使用纸浆纤维充当示踪粒子,运用PIV测量技术研究低浓纸浆纤维悬浮液的磁力搅拌器流场特性。实验结果表明,随着磁力搅拌器转速的增加,流场涡量最大值呈现先增加后减小的趋势;存在第一临界转速N0,当转速N<N0时,转速增加,涡量最大值增加;N>N0时,转速转速增加,涡量最大值减小;磁力搅拌器转速150r/min增加到到450r/min,水平穿过主涡涡心的标记线上的每点的涡量值与径向距离的关系满足Lorentz函数分布;随着转速的增加,涡量为(yc-y0)/2(yc为涡量极限最大值,y0为涡量最小值)的区域变得越来越小;水平方向速度分布满足沿着水平穿过主涡涡心方向对称规律,竖直方向速度分布满足沿着竖直穿过主涡涡心方向对称这一规律;水平穿过主涡涡心的直线上,随着与涡心距离的增大,湍动强度变化趋势是先减小后增大,主涡涡心处的湍动强度最大。(2)引入面积浓度概念,从图像处理的角度出发,介绍了像素和灰度值的相关知识,为动态测量溶液的浓度提供一种新的思路。根据PIV实验中纤维与非纤维的灰度值区别,结合PIV测量技术以及MATLAB计算原始图片分析区域的面积浓度。实验结果表明,PIV和MATLAB技术的联合使用被证明可以用来检测纸浆纤维悬浮液的浓度;分析区域的纸浆纤维的浓度随着磁力搅拌器转速的增加而增大;同一转速下,不同时刻的面积浓度ns一直在变化,它一直处于动态变化中,或增大或减小;速度是决定面积浓度大小的主要因素。(3)在已经验证的求解涡核半径的方法基础上,采用PIV测量技术和MATLAB技术进行实验,运用PIV系统中的CCD相机拍摄不同转速下的纸浆纤维悬浮液,得到漩涡水面线图片,通过曲线拟合再通过编写MATLAB代码计算涡核半径。研究发现,纸浆纤维悬浮液在磁力搅拌器转速为600r/min、650r/min、700r/min、750r/min、800r/min的漩涡水面线均满足洛伦兹(Lorentz)函数分布;特征半径rc和涡核半径rm随着磁力搅拌器转速的增加而增加,呈非线性变化规律。