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.     

中浓纸浆悬浮液流态化的实验研究及CFD模拟

中浓纸浆悬浮液在高剪切作用力下的流态化运动,其主体是尺度较小的絮聚团的流动,存在着纤维分散与絮聚的动态耦合与平衡关系,且体现出牛顿流体的流体动力学特征。实验证明中浓纸浆悬浮液在流体化过程中温度不断升高,温度场的变化反映了其流场及湍动动能的变化。以多相流湍流模型为基础对中浓纸浆悬浮液流态化过程进行CFD模拟,其数值计算的结果与实验结果较好的吻合。     

纸浆流动的数值模拟

作者分析了有关宾汉流体的计算及湍流两相流的现状，在k-ε湍流模型和使用壁面函数法处理近壁区问题的理论基础上，通过引入一些合理的假设，建立了一个比较有效的处理纸浆纤维悬浮液的数学模型，并对其进行了数值模拟。作者通过对直圆管中纸浆纤维悬浮液两相端流的模拟，证明了流核区的存在（r/R=0-0.2)。由纤维相和液相的速度分布，说明了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”的现象。     

中浓度纸浆流变特性的数值模拟

为了研究中浓度纸浆受到剪切力后的流动特征,找到中浓度纸浆在流变过程中的变化规律,对中浓度纸浆在剪切室内剪切流动进行了数值模拟.考虑气体和纤维对纸浆纤维悬浮液的流变特性的影响,将其定义为具有屈服应力和剪切稀化特性的赫巴流体,建立了数值模拟方法.分析了纸浆在不同剪切力作用下的屈服过程,以及屈服应力、表观黏度和剪切稀化指数等物性参数,不同剪切室外径等条件时的流变特性.结果表明:在剪切室内,随着转速的增加,纸浆黏度减小,屈服区域增大,随着剪切室外径增大,纸浆黏度增大,运动区域减小;同转速时,随着屈服应力增大,纸浆黏度增大;随着表观黏度增大,纸浆黏度增大,运动区域减小;随着剪切稀化指数增大,纸浆黏度减小,运动区域增大.     

两层纸浆小雷诺数叠加流动数学模型的建立

纸浆是一种由固态纤维和液态水组成的固液两相悬浮体,其中的固相纤维在两层纸浆水平叠加流动中对两层成形的质量起着决定性的影响。本文采用的两相流体动力学的方法,对纸浆纤维悬浮液叠加流动时固液两相的运动规律分别进行了分析,并初步建立了表示两层纸浆叠加流动的数学模型。     

中浓纸浆悬浮液湍流边界层的模拟

介绍纤维悬浮液的分类及管道中纸浆纤维悬浮液的流动状态 ,重点进行中浓纸浆悬浮液湍流边界层的模拟研究 ,详细分析了相关的模拟结果 ,得出如下结论 :当管子壁面距离 0～ 9× 10 - 4m时 ,横过水环厚度的速度分布是线性的 ;水环厚度很小 ,水环中的剪切作用是层流剪切 ,剪切力作用于纤维网络表面 .突出网络塞体表面 (0～ 9× 10 - 4m )的纤维甚少 .据此可认为网络塞体表面较为光滑 ;管道中远离壁面处浓度高 ,壁面处浓度低 ,浓度分布具有递减的趋势     

超声法测定纸浆悬浮液浓度特性

对纸浆浓度有效的测定至今没有很好的方法,特别是低于1%的浓度测量无法解决。本文利用超声波穿透纸浆时的衰减与悬浮液中纤维含量成比例的基本原理,研制了超声波纸浆浓度测定仪。当发射、接收探头相距 L 时,纸浆悬浮液的声衰减系数为α,则超声波的透过     

剪切条件下中浓纸浆的流动特性和能量耗散

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7.94 Pa·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.     

中浓度纸浆流态化特征

为了研究中浓度纸浆在不同剪切力下的流动特征,找到中浓度纸浆在流态化过程中的变化规律,实现中浓度纸浆悬浮液的流态化,从而达到泵送中浓度纸浆的目的,通过对纸浆剪切受力进行分析,并试验测量中浓度纸浆的密度及剪切应力和剪切旋转速度.建立了纸浆剪切应力和旋转剪切速度数学模型,根据其数学模型与试验结果分析,发现了不同浓度(质量分数)下纸浆的流态化特性,得到了中浓度纸浆的表观屈服应力和使其流态化所需的临界剪切应力,并建立其与纸浆浓度的数学模型.结果表明:功率数随着纸浆浓度的增加而增加,随着转速的增加逐渐减小,最终趋向于一个较小的稳定值,此时中浓度纸浆处于流态化状态.     

基于Polyflow对纤维拉伸成形过程的模拟

纺丝熔体从喷丝微孔挤出之后,经过冷却、拉伸最终凝固成丝条.这个过程主要受到纺丝卷绕拉伸力和冷却空气对流传热等条件影响.利用Polyflow软件建立纤维拉伸成形的数值模型,模拟圆形截面纤维在冷却空气和不同的拉伸力等条件作用下纤维拉伸成形的过程.分析在此过程中拉伸速率、丝条温度和丝条半径的变化情况,在聚合物熔体纺丝工艺研究中起到一定的指导作用.