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。

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。

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.

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。

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。

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。

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。

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。

纤维悬浮液搅拌流动的数值模拟

由于缺乏适当的本构方程，对纤维悬浮液流动的研究一直局限于纤维的牛顿流体悬浮液。本文采用ＭＵＣＭ模型对作者最近提出的纤维Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ流体悬浮液的本构方程作了改进，并对锚式桨搅拌槽的二维Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ流体和牛顿流体纤维悬浮液搅拌流动作了数值模拟。模拟的结果表明，本文所用的模型和方法能有效地抑制过大局部应力的影响并合理地处理流体的记忆效应。

纸浆纤维悬浮液在磁力搅拌中的面积浓度变化

纸浆纤维与液体在磁力搅拌中是否混合均匀,一直是人们关心而又无法得知的问题。采用粒子图像测速(PIV)和Matlab技术,对磁性搅拌器中不同质量百分浓度蔗渣/针叶木纸浆纤维悬浮液的流场进行了分析,提出了面积浓度概念,探讨了在不同转速下纸浆纤维悬浮液面积浓度变化情况。结果表明:不同质量百分浓度的蔗渣浆纤维悬浮液以及针叶木纸浆纤维悬浮液的面积浓度随着磁力搅拌器转速增大呈非线性增大变化规律;纸浆纤维悬浮液浓度增大,其相同转速下的面积浓度也对应增大;0.005%蔗渣纸浆纤维悬浮液的面积浓度变化大于0.01%蔗渣纸浆纤维悬浮液,针叶木纸浆纤维悬浮液恰好相反。

中浓纤维悬浮液的流动特性研究

论述了中浓纤维悬浮液在输送过程中在“流体化”段和稳定流动段的流动特性,通过实验得出草类纤维和废纸纤维悬浮液的表观粘度及压头损失值的计算式,得出7种中浓纤维悬浮液进入“流体化”段的临界剪切应力值计算式,为设计中浓纤维悬浮液的输送系统提供理论依据和实验数据。

纤维悬浮液的数值模拟中粘度及轨道系数的研究

粘度是悬浮液的宏观流变特性 ,数字模拟的结果可以描述这种流变特性 ,TIF方程对稀释纤维悬浮液的流变特性有很好的描述 ,纤维轨道系数 (Jeffery常数 )可以描述纤维在微观模型中的物理状态 ,本文对纤维轨道系数(Jeffery常数 )进行了推导 ,Jeffery常数的范围在Cj=0 .45～ 1.

浆浓及助留助滤剂对桉木浆纤维悬浮液屈服应力的影响

纸浆纤维悬浮液的屈服应力(τy)是纸浆流体力学的关键流变参数。研究了桉木漂白硫酸盐浆(BKP)的浆浓(C m)以及分别添加阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和阳离子淀粉对其纤维悬浮液屈服应力的影响。结果表明,在稳态剪切条件下,桉木BKP纤维悬浮液屈服应力随浆浓的升高而迅速增大,两者符合指数关系,即τy=aCm^ b (a=3.20,b=2.62);添加CPAM或阳离子淀粉后,两者仍满足该指数关系,但添加CPAM后,a值减小、b值增大,而添加阳离子淀粉后,a和b值均在原来的基础上上下浮动。浆浓一定的桉木BKP,其屈服应力随CPAM添加量的增加,先增大后减小,但仍大于不添加CPAM桉木BKP纤维悬浮液的屈服应力;当浆浓为4.0%、添加约0.6%(相对于绝干浆质量,下同)的CPAM时,其屈服应力增幅最多,达30%;随着阳离子淀粉添加量的增加,屈服应力先增大后减小,当添加约为2.5%的阳离子淀粉、浆浓4.0%时,桉木BKP纤维悬浮液屈服应力下降最多,降低了约25.4%。

废纸浆纤维悬浮液屈服应力的主要影响因素研究

基于屈服应力的纸浆纤维悬浮液的流变特性直接影响造纸过程的能耗和生产效率。利用SPSS统计分析软件,对浓度为1.5%~4.0%的废箱纸板(OCC)和旧报纸(ONP)浆纤维悬浮液,分别采用流变曲线回归法(RCR)和剪切应力梯度法(SSG)测得的屈服应力进行方程回归,并与原生木浆的进行比较分析。结果表明,ONP浆和OCC浆纤维悬浮液的屈服应力τy与浆料浓度Cm的回归方程采用RCR法测定的结果分别为τy=3.34C2.43m、τy=2.33C2.57m,采用SSG法测定的结果分别为τy=3.58C2.43m、τy=2.83C2.47m;在相同浓度下采用相同测定方法时,ONP浆纤维悬浮液的屈服应力均大于OCC浆纤维悬浮液的;对于相同浓度的同种浆料纤维悬浮液,采用SSG法测得的屈服应力要比RCR法测得的大,对ONP浆纤维悬浮液而言,约大5.1%~9.4%,而对于OCC浆纤维悬浮液,约大1.3%~13.9%;且Δτy在2.7~17.2 Pa之间,两种方法测得的屈服应力值偏差随纸浆纤维悬浮液浓度的增大而逐渐增大,即随着废纸浆纤维悬浮液浓度和纤维长宽比的增大,屈服应力增大。漂白针叶木浆纤维悬浮液的屈服应力明显大于ONP浆、OCC浆和阔叶木浆纤维悬浮液的。

基于数字图像的纤维悬浮液分散均匀性表征

针对传统湿法非织造材料纤维悬浮液分散均匀性表征时耗时长、精度低等问题,提出利用图像分析表征纤维悬浮液分散均匀性。通过数字图像处理技术对数码相机采集到的纤维悬浮液图像进行灰度化、高斯滤波等预处理,再对图像进行样方分析,得出图像灰度值的变异系数,以此表征纤维分散的均匀性,并与成品取样称重法得出的均匀性结果对比。结果表明:数字图像分析法得出的悬浮液纤维分散均匀性结果与成品取样称重法得出的结果呈很强的线性正相关,可较好地表征纤维悬浮液分散的均匀性;数字图像分析法表征纤维悬浮液分散均匀性具有速度快、效率高的特点。

纤维分级对漂白云杉木浆纤维悬浮液屈服性能的影响

采用沉降和流变实验,研究了纤维分级对漂白云杉木浆纤维悬浮液屈服性能的影响,并分析了压缩屈服应力和剪切屈服应力的耦合相关性,通过Froude数(剪切屈服应力与压缩屈服应力的比值)表征。结果表明,分级前后各长度组分纤维(4种纤维悬浮液)的凝结集聚因子介于26.1~37.8之间,其与纤维长径比近似呈线性关系;所有长度组分纤维悬浮液的压缩屈服应力和剪切屈服应力均随集聚因子的增大而呈指数式增大;对同种纸浆,Froude数随集聚因子的增大而降低,并逐渐达到稳态值。