水力式流浆箱是造纸机的浆料流送设备,位于造纸机的起始部分,其主要作用是把浆料均匀而稳定地流送分布上网。为使纸页定量、匀度均一以及防止浆料絮聚,要求流浆箱内浆料流动横向、纵向分布均匀,因此,水力式流浆箱各组件结构设计要非常符合流体力学原理。在水力式流浆箱流场内,流速分布和雷诺数主要反映浆料流动状况,浆料的压强和微湍流效应主要反映流浆箱各组件的布浆、匀整性能等。其中,微湍流发生器设计是关键,其直接决定了水力式流浆箱的工作性能。 为研究水力式流浆箱内流场的流动特性,本论文采用最新的CFD数值模拟软件,通过深入剖析国际上目前比较先进的稀释水力式流浆箱结构及设计,对稀释水加入单元的混合特性和微湍流发生器及唇口等部位的湍流场特性及分布,进行了数值模拟。据此对湍流发生器和稀释水混合单元结构及尺寸进行优化,为其设计提供可靠的依据。比对国外最新式同类型流浆箱,最终实现开发出性能达到或接近国际先进水平的完全国产化流浆箱的目标。 首先,从前人研究的基础及结论入手,针对水力式流浆箱的具体结构特点,探讨了水力式流浆箱内主要组件布浆器、微湍流发生器和喷浆装置的作用机理;并从流体动力学角度给出了流浆箱内浆料纤维的分散和均布机理;针对水力式流浆箱内特定的稀释型浆料纤维,通过合理的假设建立起稀释纤维液在水力式流浆箱内流动的数理模型。 然后,通过修改FLUENT软件内现有的计算模型,使其更符合以上建立的稀释纤维液理论模型;针对布浆器、湍流发生器的不同结构形式,在不同的纤维浓度和入口速度的条件下,应用FLUENT软件来模拟纸浆纤维在水力式流浆箱内的流动特性;并以流动速度、压强、湍流强度、湍流尺度及浓度分布为具体衡量指标,来分析比较水力式流浆箱内各组件的工作性能。 最后,在以上研究结论之上,给出了流浆箱结构的最佳组成形式和具体结构优化设计方法。 以上研究结果是在三维多相流CFD数值模拟中获得,有关结论与国内外实验研究结论比较一致。随着研究的更加深入,有望将理论分析、数值模拟分析和实验分析等充分融合,将用于全面指导新型水力式流浆箱的设计制造。