植物纤维基包装材料中纤维悬浮体流变行为研究

目的采用可再生的植物纤维机械搅拌制备植物纤维悬浮体系,探究纤维悬浮液的流变性影响因素和体系中纤维的分散与取向,为后续工业化产品的加工和运输设计奠定基础。方法利用旋转流变仪测试纤维质量分数、长径比(纤维长度)、温度和水溶性高分子等各个因素对体系流变性能的影响。结果纤维悬浮体系为非牛顿流体,表现剪切变稀现象。溶液的黏度随温度的变化经线性拟合符合Arrhenius方程。纤维质量分数、长径比(纤维长度)的提高均会增加体系表观黏度,促进纤维的分散及网络结构形成,而温度的提高,黏度会呈指数形式减小。加入水溶性高分子PVA和聚丙烯酰胺分散剂均会提高体系黏度,有助于纤维的分散;PVA醇解度越高,亲水基团越多,易与纤维产生更多氢键作用,形成纤维网络结构,有助于后续发泡结构控制,醇解度过高则易凝胶化。阳离子型CPAM有助于改善纤维表面负电荷,破坏纤维静电吸附,使得纤维分散更均匀。结论纤维质量分数、长径比(纤维长度)、体系温度等因素会影响纤维悬浮液流变特性,水溶性PVA和分散剂聚丙烯酰胺的加入有助于纤维的分散,对工业化纤维浆料配比加工具有参考意义,同时体系的黏流特性有利于生产线浆料输送系统的设备设计。

基于VOF-DEM方法的纤维悬浮液沉积特性研究

基于VOF-DEM方法,建立了纤维悬浮液气—液—固三相流动耦合模型,并采用小规模玻璃纤维浆液流动实验对模型进行了实验验证。在此基础上,采用该模型模拟研究了纤维毡材的成形过程,分析了沉降后纤维分布特性。研究结果表明:VOF-DEM方法能够较为准确地追踪纤维悬浮液的三相流动过程;初始空间分布均匀的纤维,由于脱水出口位于设备中部,经沉降后纤维厚度分布从中心向边缘呈逐渐下降的变化趋势,两者的最大差异达1倍以上。

纤维悬浮槽流场稳定性研究

在纤维取向张量基础上,建立了纤维悬浮流本构方程,并推导了纤维悬浮流的修正Orr-Sommerfeld稳定性方程。采用谱方法和有限差分法对方程进行了数值求解,对无纤维存在的流场进行计算后,所得结果与实验结果符合较好,且比以往的计算结果有更高的精度,对纤维悬浮流场计算结果表明,纤维的存在减弱了流场的不稳定性,使流场临界Re数提高,扰动增长率降低,不稳定扰动波的存在区域缩小,减弱的程度与纤维的体积分数和长径比成正比。

纸浆纤维悬浮液的流动和模拟

纸浆纤维悬浮液流动力学可用于描述现代造纸机的流送和成形过程,为造纸过程及装备的优化设计提供理论依据.文中概述了纸浆悬浮液的特点及其模型和模拟方法,阐释了相关测量技巧,提出了将新的流场测量技巧与先进的软件相结合来研究特殊的多相流-纸浆纤维悬浮液的流动力学,重点介绍了笔者所在团队近期对纸浆悬浮液在多种模型中的流动与模拟研究以及PIV测量技术.最后阐释了这些理论研究成果在自行研制的国产高速造纸机的流浆箱和成形装置结构优化设计方面的应用.

纸浆纤维悬浮液屈服应力及其在造纸工业中的应用研究进展

纸浆纤维悬浮液是以纤维为固相的非均相混合物,属多相流体。屈服应力作为纸浆纤维悬浮液最重要的流变参数之一,在制浆造纸高效、节能、低耗的生产操作技术及装备的优化设计方面扮演着重要的角色。本文就纸浆纤维悬浮液屈服应力的产生及其影响因素、测量方法及装置进行归纳和总结;在此基础上,阐述了纸浆纤维悬浮液的屈服应力在制浆造纸生产中的应用,并对纸浆纤维悬浮液屈服应力的进一步研究及其在造纸工业相关领域的发展应用提出了思路。

竹纤维悬浮发泡浆料流变特性的研究

利用DV-Ⅲ ULTRA转子式流变仪对竹纤维悬浮发泡浆料的流变性质进行研究,分析影响纤维固液悬浮体、纤维三相发泡悬浮体流变性能的主要因素。结果表明:在试验测量范围内,纤维固液悬浮体和加入表面活性剂后形成的纤维三相发泡悬浮体均属于非牛顿流体中的塑性流体,其表观黏度对剪切速率的依赖性强,具剪切稀化现象。随着浆料浓度增高、纤维长径比增大、温度降低,纤维固液悬浮体的塑性黏度升高、屈服力上升。随着浆料浓度增高、泡沫气液比提高、温度降低,纤维三相发泡悬浮体的塑性黏度升高、屈服力上升。在生产过程中为确保溶液流动的顺畅,应使溶液保持≥40s-1的剪切速率。

圆管纤维悬浮湍流场中粒子运动的研究

利用从细长体理论出发得到的三维分段积分法和湍流简化方法模拟了大量纤维粒子在圆管湍流内的运动· 统计了不同Re数下计算区域内的纤维的取向分布,计算结果与实验结果基本吻合,结果表明湍流的脉动速度导致纤维取向趋于无序,且随着Re数的增加,纤维取向的分布越来越趋于均匀· 其后又考虑了纤维速度和角速度的脉动,二者都充分体现了流体速度脉动的影响,且纤维速度的脉动在流向上的强度大于横向,而其角速度的脉动在流向上的强度小于横向· 最后统计了纤维在管道截面上的位置分布。

纸浆纤维悬浮液物性参数对流动特性的影响

分析了纸浆的物性参数对两相流动模拟的影响,这些物性参数主要包括浆流种类、纤维的尺寸等参数,通过Phoen-ics软件的模拟得出结论,对于同类型的纸浆而言,随着浓度的增大,流体的速度梯度增大,剪切应力增大,径向浓度差增大;对于不同类型的纸浆,木浆的剪切应力大于同样浓度草浆的剪切应力;管道中浓度分布呈中心高,壁面低的单调递减趋势,很不均匀;对于不同类型的纸浆,草浆的径向浓度差小于木浆的径向浓度差.

纤维悬浮混合层中纤维取向与流场应力的研究

研究了纤维在混合层流场中的运动,流场用伪谱方法求解;纤维对流场的作用体现在流体方程的附加应力张量中.数值求解在流场作用下的纤维的运动方程,得到纤维的位置和取向分布.进行了纤维取向分布的实验研究,结果与计算定性符合.研究结果表明,当St数较小时,大部分纤维聚集在涡核内,并且基本呈水平或垂直分布;而大St数下,纤维聚集在涡核边缘,呈现不均匀分布,此时纤维取向受涡核边缘的流场支配,呈现包络涡核的特征.同时,由纤维导致的流场附加应力张量的最大值和最小值出现在涡核边缘,导致流场应力不均匀.

纤维悬浮槽流空间模式稳定性分析

采用扰动的空间发展模式而非通常的时间发展模式,对含有悬浮纤维的槽流进行了线性稳定性分析· 建立了适用于纤维悬浮流的稳定性方程并针对较大范围的流动Re数及扰动波角频率进行了数值求解· 计算结果表明,纤维轴向抗拉伸力与流体惯性力之比H可以反映纤维对流动稳定性的影响· H增大使临界Re数升高,对应的扰动波数减小,扰动空间衰减率增加,扰动速度幅值的峰值降低,不稳定扰动区域缩小。

相同集聚因子时纤维悬浮液的流动特征及机理

纤维悬浮液在管路中从层流发展为湍流的过程中会表现出复杂的流动状态。为了解这一现象的内在原因,以相同集聚因子时4种不同尺寸的尼龙纤维悬浮液为实验对象,利用超声多普勒测速仪测量它们在圆管内流动的速度场。根据流场分布确定了纤维柱塞尺寸,并利用流动阻力损失计算柱塞内部纤维网络结构的屈服应力。基于柱塞内纤维平均体积分数的变化规律以及柱塞边缘雷诺应力与屈服应力的比值分析讨论了尼龙纤维悬浮液流动特征的变化机理。研究结果表明,柱塞尺寸随着雷诺数的增大而不断减小。在流动阻力的压缩作用下,柱塞内部纤维网络变得致密,其平均体积分数随着雷诺数的增大逐渐增加,屈服应力不断上升。由于平均雷诺应力增加速率要高于屈服应力,当柱塞半径与管道半径之比小于0.2时,湍流强度明显高于纤维网络的结构强度。柱塞内部受到湍流侵蚀,柱塞内纤维平均体积分数及其屈服应力开始下降,柱塞中纤维网络逐渐被破坏直至崩溃。相同集聚因子时,形状系数较小的纤维悬浮液内部纤维网络结构强度更高,因此具有较大半径的柱塞和较高的屈服应力。同时在相同雷诺数时,形状系数较小的尼龙纤维悬浮液柱塞边缘平均雷诺应力较小,表明较大半径的柱塞会对水环的湍流产生较强的抑制作用。

用广义雷诺数判别纤维悬浮液的流动类型和湍流程度

从研究纸浆悬浮液的流动机理出发,采用广义雷诺数来判断纸浆悬浮液的湍流程度。在流动系统中测得纸浆悬浮液在低浓条件下的流态系数 n 和浓度系数 K.回归出浓度 c 与 n 和 k 的关系;根据广义雷诺数的定义,得到以浓度 c 表示的广义雷诺数表达式,以此作为判别纸浆悬浮液湍流程度的计算公式。并在雷诺实验装置中进行验证,证安了公式的准确性。

直接纤维数值模拟法与柔性复合纤维悬浮液流变性能

纤维复合材料的性能取决于其加工过程中纤维的变形、取向以及悬浮液的流变性能等因素,因此认识纤维的上述变化及流动诱导取向的机理就非常重要。与刚性纤维的研究相比,柔性纤维的变形及取向更复杂,是目前复合材料领域中开始关注的焦点。介绍了柔性纤维悬浮液的直接数值模拟法——颗粒模拟法(PSM)及其主要结果。通过研究方法可以分析柔性纤维的弹性变形、运动轨迹、取向分布以及悬浮液的流变性能变化。

分散剂在纤维悬浮液中的应用进展

根据不同的作用机理 ,对纸页成形中所用的分散剂进行分类 ,在此基础上 ,详细介绍了其在实际工业生产中的具体应用 ,预测了其今后的发展趋势。

纤维悬浮液圆管内二相流动数学模型的探讨

纸浆纤维悬浮液是一种由固态纤维和液态水组成的固液两相悬浮体，其中固液两相之间的相互作用力对悬浮液的运动状态有重要影响。该文从两相流体动力学的角度对纸浆悬浮液中固、液两相的流动状态进行了分析，提出了球形纤维粒子的模型，并初步建立了圆管内纸浆纤维悬浮液流动的数学模型。

纤维尺寸对纤维悬浮液屈服应力的影响

利用桨式转子流变仪测量并对比分析了4种不同尺寸尼龙纤维悬浮液在相同体积浓度和集聚因子时的屈服应力,以及2种尼龙纤维按不同比例混合后对悬浮液屈服应力的影响。结果表明,体积浓度相同时,形状系数较大的纤维悬浮液的屈服应力也较大,但形状系数对屈服应力与体积浓度的幂率关系中的乘数项系数和指数项系数未表现出规律性影响;屈服应力不能由单一集聚因子的函数来表示,集聚因子相同时,纤维形状系数较小的悬浮液的屈服应力更大;2种尼龙纤维混合后,屈服应力随形状系数较大的纤维在混合纤维悬浮液中体积分数的减小而呈线性递减趋势。

槽道纤维悬浮流稳定性的实验研究

对槽道纤维悬浮流进行染色线流动显示和流场PIV实验测量,实验中选用的是直径为20μm、长径比为20～100的尼龙纤维。PIV2100处理器被用来加工处理采集的实验数据。槽道长度1.5m,横截面为矩形,尺寸为105×19mm。实验结果说明在Reynolds数相同的情况下,纤维悬浮流比对应的牛顿流更不容易失稳,悬浮流中的纤维起着抑制流场失稳的作用,而且随着纤维体积分数和长径比的增大,抑制失稳的程度也提高。扰动衰减率的最小值随纤维体积分数和长径比的增加而增大,这一效果在大Re数时更明显。

纤维悬浮液湍流射流数学模型的研究

纸浆离开流浆箱喷嘴的流动是一种两相平面湍流射流运动，其流动状态对上网成形的质量具有重要的影响．本文从两相流体流动出发，对纸浆的这种射流流动机理进行了探讨，并推导了表示其流动状态的微分方程组．

纸浆纤维悬浮液流动的数值分析

本文分析了有关宾汉流体的计算及湍流两相流的现状 ,选择纸浆纤维悬浮液的研究模型 ,对其数值模拟进行了初探。通过对直圆管中纸浆纤维悬浮液两相湍流的模拟 ,证明了流核区的存在 (r/R =0～ 0 .2 )。纤维相和液相的速度分布说明滑移扩散连续介质模型的正确性 ,将不同初始湍流强度进行比较 ,可进一步解释有关“阻力减小”

纤维悬浮液的数值模拟研究

本文回顾了纤维悬浮液模拟的方法 ,并对模拟的方法进行了简单的探讨 ,主要包括Ewald求和模拟技术 ,使用摩擦力考虑了短范围的作用力和微小体近似来考虑长范围作用力 ,还有BCF和适合粘性分离应力 (AVSS)的有限元公式的结合。