流浆箱是造纸机中纸浆上网的设备,对抄造出质量良好的纸张起着关键性作用。在中低速纸机中多采用匀浆辊流浆箱,浆流通过匀浆辊时会产生较大横向流动,不利于稀释水定点调节。高速纸机中的水力式流浆箱,多采用湍流发生器产生微湍流,但其结构固定,不能根据纸张性能在线调节。本课题是基于发明专利“一种流浆箱(CN201310087488.1)”中所提出的辊壳式流浆箱,辊壳式流浆箱沟槽辊上的环形流道能够减少浆流横向流动,从而增强稀释水调节效果。还能通过改变沟槽辊转速或导流片的表面粗糙度调节浆流的湍流强度和尺寸,使流浆箱适应不同车速、不同纸张性能。纸浆在上网前的流动属于固液两相流体,流浆箱属于流体机械,本文采用CFD技术对辊壳式流浆箱内部流场进行数值模拟,据此对部分结构和参数进行了优化。通过改变喷浆速度、沟槽辊转速研究辊壳式流浆箱的车速控制机理。通过溢流室进口角度的变化设计实现对溢流室压力的调节。通过加入稀释水单元研究辊壳式流浆箱的稀释水调节效果和横幅扩散情况。本论文的具体研究内容和结果如下:(1)对辊壳式流浆箱喷浆速度与压力的关系进行研究。溢流室结构优化前,不同喷浆速度时的流场压力显示,流浆箱内部压力(均衡室压力和溢流室压力)与喷浆速度之间均符合二次函数关系。随着喷浆速度的升高,均衡室压力逐渐升高,但溢流室压力却逐渐下降,且始终为负压,这一规律与传统流浆箱不同,不便于调节控制。(2)对辊壳式流浆箱溢流室结构进行了优化。不同溢流室进口角度时的流场压力显示,一定范围内的溢流室进口角度与溢流室压力之间符合一次函数关系,溢流室压力随着进口角度的减小而增大。溢流室结构优化后,溢流室压力可以不再是负压,且随着喷浆速度的升高而升高,与传统流浆箱的规律一致。通过溢流室进口角度变化设计可以实现理想的溢流室压力范围,这可以扩大敞开式流浆箱的车速范围,可简化流浆箱结构,且便于操作,降低制造成本及运行成本。(3)不同沟槽辊转速时的流场压力显示,溢流室压力随着沟槽辊转速的升高而降低。溢流室进口角度优化后,溢流室压力随沟槽辊转速的变化率有较大幅度降低。这表明调节沟槽辊转速不仅可以改变浆流的湍流程度,还可以调节箱内总压。当溢流室进口的倾斜角度不变,通过电机调节沟槽辊转速可以进一步微调溢流室压力,达到调节喷浆速度的目的。(4)对辊壳式流浆箱稀释水调节效果进行研究。采用两种密度不同的相溶流体,其混合密度变化即代表稀释水的分布情况。首先,通过单流道模型研究稀释水的混合效果,结果表明,最稳定的稀释水添加位置为辊壳外45.0°,而且稀释水流速不应小于0.7m/s。其次,通过三流道模型(只在中间流道加入稀释水)研究稀释水的横幅扩散情况,各流道的稀释水调节效果表明,沟槽辊能较好地限制稀释水发生横幅扩散。(5)稀释水的横幅扩散情况不仅与沟槽辊顶部和辊壳之间的间隙大小有关,还与出口唇板的结构有关。结果表明,间隙越小,稀释水的横幅扩散程度越小,但对沟槽辊和辊壳的表面加工精度要求越高。通过优化唇板结构,提高了唇口处的定点调节效果。