NUMERICAL SIMULATION OF FLOW OF PULP FIBER SUSPENSIONS IN STOCK PUMP WITH SEMI-OPEN IMPELLER

The flow of pulp fiber suspensions with a consistency below 5% through a pump falls into the turbulent region. The 2-phase 3D turbulent flow of the mixture is simulated in the hydraulic components composed by suction chamber, front board, semi-impeller and volute casing for the first time. The pseudo-fluid model and the k-ε turbulent model are modified. Phase coupled SIMPLE algorithm is applied to make pressure-velocity correction equation. Based on the results of the numerical simulation, the distribution of velocity, pressure and density of liquid and particle phase are compared and analyzed. The flow analysis in the tip between front board and impeller is emphasized, which reflects the advantage of semi-open impeller when it transports 2-phase medium. This calculation result will be helpful for the design of pump impeller and the establishment of design method of centrifugal stock pump.

鲜食葡萄电商悬固包装薄膜的力学性能分析与优化设计研究

目的针对电商物流包装存在操作繁琐、透气透湿不足、寄递中暴力分拣的问题以及葡萄易落粒损伤的特点,设计一种针对鲜食葡萄的透气透湿性适宜的简便化包装。方法采用激光打孔调整TPU薄膜透气透湿性,通过力学性能测试选出适宜厚度与孔隙排列方式,根据跌落试验确认TPU薄膜包裹葡萄的最佳凹陷程度,并验证悬固包装的有效性。结果厚度为0.08 mm、孔隙排列方式为Z形的TPU薄膜有优良的力学性能与透气透湿性,打孔后薄膜水蒸气透过率极显著提高(P<0.01),并且0.08 mm的Z形TPU薄膜凹陷3 cm的悬固包装在610 mm的高度跌落不触底,对葡萄的保护效果良好。纸浆模塑盒可承受400 N以上的力,循环压缩20次后仍有很好的支撑性,通过跌落测试可得悬固包装葡萄的表面损伤指数比袋中袋更小。结论综合来看,该悬固包装操作方便,打孔后透气透湿性显著提高,与包装箱匹配使用能满足堆码与运输要求,是一种符合包装运输要求的鲜食葡萄电商包装方式,本研究为果蔬类产品的电商包装结构设计提供了新思路。

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。

纸浆悬浮液胶体滴定比率的初步研究

采用胶体滴定方法，研究了纸浆悬浮液的胶体滴定比率（ＣｏｌｏｉｄＴｉｔｒａｔｉｏｎＲａｔｉｏ，简称ＣＴＲ）特性及其影响因素；还用动态滤水试验仪验证了ＣＴＲ值对湿部留着和滤水的相关性。初步研究表明，通过控制纸浆悬浮液的ＣＴＲ值。

基于泵内纸浆悬浮液数值计算的纸浆泵设计

在由吸水室、前盖板、半开叶轮和涡壳组成的过流部件内,对纸浆悬浮液的流动进行了三维不可压两相湍流流动计算.计算采用双流体模型及k-ε湍流模型,Phase Coupled SIMPLE算法进行压力速度耦合计算.根据计算结果,对两相流动的速度、压力及体积分数进行了对比和分析研究.发现在叶轮叶片数较少的情况下,叶轮流道内速度变化不均匀.并着重对前盖板与叶轮间隙内的流动进行了分析,揭示了半开式叶轮输送两相流介质的优点所在.该计算结果为建立少叶片半开式叶轮纸浆泵的设计方法提供了理论依据.根据新的设计方法设计出的纸浆泵,效率经检测高出国家标准17.5%.

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.

基于超声衰减的纸浆浓度测量技术的研究

采用超声衰减技术研究了稀释纸浆悬浮液中纸纤维质量浓度的测量方法，讨论了稀释纸浆悬浮液中超声的衰减机理。设计了超声衰减实验装置和电子测量系统并进行了纸浆质量浓度测量的实验。实验的超声频率范围为0．86～2．75MHz，测量的纸浆质量浓度为0～3％。实验结果表明．稀释纸浆悬浮液中．由于单散射机制的作用，对于一个确定的超声频率，超声衰减值与纸浆质量浓度存在正比关系。

纸浆与漂白剂的混合机理与纸浆流变学

主要论述了纸浆漂白过程中的混合机理及影响混合效果的诸如纸浆流变学等因素

中浓纸浆悬浮液的流态化研究及CFD模拟

通过高剪切作用力实现中浓纸浆悬浮液的流态化,并对其流态化运动进行研究.结果表明:中浓纸浆悬浮液在流态化过程中的能量耗散最终以热的形式发散,悬浮液在流态化过程中温度不断升高;中浓纸浆悬浮液流态化运动的主体是尺度较小的絮聚团的流动,体现出牛顿流体的流体动力学特性,流态化过程中存在着纤维分散与絮聚的动态耦合与平衡关系.文中还在流态化运动研究的基础上,以气—液两相流欧拉模型及基于雷诺时均法的混合湍流模型为基础对中浓纸浆悬浮液的流态化过程进行了计算流体力学(CFD)模拟,结果表明模型的数值计算结果与实验结果吻合较好.

搅拌调浆机制的固-液悬浮特性

通过固-液两相试验来模拟实际调浆过程,根据不同搅拌机制下物料在槽内的分布规律,总结累积浓度方差、区间浓度方差、离底悬浮能力以及有效作用范围等参数及概念来表征物料的悬浮特性,并以此对典型轴流式流场与径流式流场作用于两相介质的功效进行系统的分析,对常用附件(导流筒、挡板)的添加对悬浮效果的影响进行了总结。指出物料悬浮过程是由离底悬浮能力与有效作用范围共同决定的过程。同样操作条件下,物料悬浮水平较低时,搅拌体系的悬浮能力主要由离底悬浮能力决定;在实现较好离底悬浮时,有效作用范围的影响逐渐占据主导地位。

正向除渣器中纤维流动性与收集效率的模拟分析

为了更好地评估和优化正向除渣器的结构性能，了解纤维在其内部纸浆悬浮液流场中的运动特征和收集效率。基于纤维的吸水膨胀性，结合球形纤维粒子的概念，笔者利用FLUENT软件对正向除渣器内部纸浆悬浮液流场进行了数值模拟。结果表明：模拟实验所取的两种纤维中，从正向除渣器良浆出口流出的湿纤维a的颗粒轨迹数要高于湿纤维b的颗粒轨迹数，同时计算得到湿纤维a和湿纤维b的收集效率分别约为58％和55％；纤维的收集效率随着纤维颗粒的密度、直径和长度的增大而降低，其中纤维收集效率对纤维长度的敏感度较小，当纤维长度从1mm增大到5mm时，两种湿纤维收集效率的最大差值约为6％；而纤维收集效率对纤维直径的敏感度相对较大，当纤维的直径在10~70μm之间时，两种湿纤维的收集效率最大差值约为40％。

纤维尺寸对漂白硫酸盐木浆悬浮液屈服应力的影响

以漂白硫酸盐针叶木和阔叶木两种浆板为原料,在相同质量分数和集聚因子的条件下,考察了单一浆料的纤维尺寸对其纤维悬浮液屈服应力的影响,并进一步将两种浆料按不同质量比例混合,分析了纤维尺寸对混合浆料纤维悬浮液屈服应力的影响。结果表明:在相同质量分数范围内,纤维尺寸较大的针叶木浆料其屈服应力较大,并且随着纤维尺寸的增加,屈服应力与质量分数的幂率关系中乘数项系数增加而指数项系数减小;屈服应力不能由单一集聚因子的函数来表示,而同时与形状系数的指数函数成反比,即τ≈0.003·N^(2.2)/β^(0.6)。因此在相同集聚因子范围内,形状参数较小的阔叶木浆料具有更高的屈服应力;由于两种浆料混合后形状系数的常数次乘方值随着质量分数的增加基本呈线性关系,即β_(AB)^(1.6)≈β_B^(1.6)+(β_A^(1.6)-β_B^(1.6))/100·x,所以混合浆料的屈服应力也呈现出如τ_(y(AB))≈τ_(y(B))+(τ_(y(A))-τ_(y(B)))/100·x的近似线性变化。

纸浆悬浮液纤维模型的研究进展

纤维模型对于应用计算机仿真技术模拟纸浆悬浮液中纤维运动特性是非常必要的。目前国内外对纤维模型的建模方式有刚性纤维模型和柔性纤维模型。笔者概述了国内外纤维模型的发展情况,着重分析了刚性纤维模型和柔性纤维模型的建模思想,通过对比分析各种纤维模型的适用范围、优越性和局限性,提出了纤维模型的发展趋势。

压力筛内部纸浆悬浮液流场的数值模拟

为了克服废纸浆压力筛筛浆过程中孔、缝堵塞问题,在分析测试废纸浆在不同浓度下黏度的等流体特性的基础上,通过Unigraphics NX(UG)软件对压力筛内部流场建立模型,运用计算流体动力学软件(ICEM CFD)和FLUENT软件对压力筛内部纸浆悬浮液流场进行数值模拟,得到了压力筛内部筛浆区流场的压力、湍流强度和流速的分布。结果表明:对于常用典型代表性的浆料和结构特征以及运行参数的压力筛,波纹筛板湍流强度最高为306%,而筛孔内湍流强度最高为128%;筛孔进口处最大流速为8.16 m/s,出口处最大流速为3.5 m/s,平均流速约为1.2 m/s;筛框处旋翼头部静压力最大约为1.8×105Pa,旋翼尾部静压力最小约为6.92×104Pa。

新型圆柱杆链柔性纤维模型的建模方法

在造纸行业中,柔性纤维模型的建立是应用计算机仿真技术对纸浆流送设备进行结构设计及优化的关键基础。笔者根据纤维悬浮液的流变特性,建立新型圆柱杆链柔性纤维模型,根据纤维粒子在悬浮液流体中的受力情况,建立了水动力、接触力、约束力和复原力矩对纤维粒子作用的数学模型,进一步与流体中的运动方程相结合,得到了新型圆柱杆链柔性纤维的数学模型,为纸浆纤维悬浮液的数值仿真模拟奠定了理论基础。

剪切条件下中浓纸浆的流动特性和能量耗散(英文)

对中浓纸浆悬浮液在剪切室内的流动特性和能量耗散进行了研究.结果表明:中浓纸浆悬浮液在高剪切应力下可以达到流体化状态,此时其流动特性与水类似;根据中浓纸浆在流体化过程中的温度变化可以计算其能量耗散值;由于中浓纸浆中纤维之间存在着较大的摩擦力,因此耗散的能量与输入能量的比值很高,这对于中浓纸浆的泵送是很不利的;当中浓纸浆质量分数为13.2%时,其在流体化状态下的能量耗散值为498.96 kW/m3,表观粘度为7.94Pa.s,所耗散的能量占输入能量的45.62%,且随着纸浆质量分数的升高而增大.

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．

中浓纸浆悬浮液塞流流动的实验研究

采用高压气送及数据采集的方法系统地研究了中浓纸浆悬浮液在圆管内塞流流动的流体动力学特征,计算了中浓纸浆悬浮液流动的相关流体动力学参数,分析了纸浆的流动特性与纸浆密度及外界作用力的内在关系,以及中浓纸浆悬浮液达到稳定塞流时的流动形态。还研究探讨了中浓纸浆悬浮液塞流流动的多孔介质现象。在工程上可为中浓纸浆与漂剂混合后塞流段各相间的物理作用提供一定的流体动力学依据,进而使各类漂剂最大程度地在纸浆中进行扩散和均匀分布。

稠纤维浆液离心泵进口流动与纤维的流动化

本文介绍了一新型稠纤维浆液（质量浓度Ｃｍ＝６～１５％）输送用固液气三相流离心泵。着重研究了在各种不同工况下该泵进口流动模型及其制约因素，从而揭示了泵进口吸入管中稠纤维浆液流动化的机理，为建立该类泵的设计理论和方法提供了一些有益的资料。

叶轮参数对BK6500矿浆调浆槽动力学影响研究

为了填补大型矿浆调浆搅拌槽研究的空白,在BK6500搅拌槽内进行了叶轮参数对单相流流场和两相流悬浮特性影响的试验研究。对比4PB(4直叶片)叶轮和4HB(4螺旋叶片)叶轮的单相流流速和功耗,得到4PB叶轮单位循环流量功耗是4HB叶轮的1.25倍;对比4PB叶轮和4HB叶轮的两相流悬浮特性,得出4HB叶轮能够实现矿物的均匀悬浮,而4PB叶轮在电机满负荷时仍不能实现均匀悬浮。所以大型矿浆调浆搅拌槽应优先选用4HB叶轮。该试验结果对大型矿浆调浆搅拌槽的工业应用具有指导意义。