稀釋水流速及加入角度對流漿箱調(diào)節(jié)效果的影響.docx

1、-神群水流彖編-作者簡介：樊惠明先生，高級工程師；主要研究方向：現(xiàn)代造紙技術(shù)、造紙化學(xué)品及造紙關(guān)鍵設(shè)備。稀釋水流速及加入角度對流漿箱調(diào)節(jié)效果的影響樊慧明劉建安張成（華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州，510640）摘要：從流體力學(xué)的角度分析了稀釋水流速及其加入角度;寸稀釋水添加效果的影響°實驗結(jié)果表明，稀釋水支管與布漿支管之間的夾角越大，添加稀釋水后布漿支管的流量變化越小，添加效果越好；稀釋水支管與布漿支管截面積比越大，即稀祥水流速越低，添加稀釋水后支管流Ift的變化率在相同的稀林比情況下越小，稀釋水添加的效果越好；在稀釋水流速和加入角度這兩個因素中.稀釋水流速對添加稀

2、釋水后布漿支管流量的變化影響更大，也是更為關(guān)鍵的因素。關(guān)鍵詞：流漿箱；稀釋水流速；加入角度；流量變化率；調(diào)節(jié)效果中圖分類號：TS734L5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：0254-5O8X（2013）05-0026-05TheInfluenceofVelocityandInjectAngleofDilutionWaterinHeadboxontheEffectofDilutionWaterAdditionFANHui-ming"LIUJian-anZHANGCheng(StateKeyLabofPulpandPaperEngineering,SouthChinaUniversityofTec

3、hnology,Guangzhou,GuangdongProvince,510640)(E-mail:hmfan)Abstract:Theinfluenceofdilutionwatervelocityandtheanglebetweendilutionwaterbranchpipeandpulpdistributingbranchpipeontheeffectofdilutionwateradditioninheadboxwasanalyzedfromhydrodynamicspointofview.Itwasfoundthatdilutionwateradditioneffectisbet

4、terandthechangeofflowrateinpulpdistributingbranchpipeislesswhentheanglebetweendilutionwaterbranchpipeanddistributingbranchpipeisbigger.Ontheotherhand,thesameresultcanbeobtainedwhencrosssectionarearatioofdilutionwaterbranchpipeandpulpdistributingbranchpipeisbigger,i.e.dilutionwatervelocityisdecreased

5、.Dilutionwatervelocityisthemoreimportantfactorcomparedwiththeinjectangle,becauseofitsgreaterinfluenceontheflowrateofthepulpdistributionbranchpipeafteraddingdilutionwater.Keywords：headbox:dilutionwatervelocityofflow；injectangle；variablerateofflow;adjustingeffect局部調(diào)節(jié)漿料濃度控制全幅定量的發(fā)明和應(yīng)用，大大提高了紙張的橫幅定量分布水平和纖

6、維取向的均勻程度，滿足了社會對紙張質(zhì)量越來越高的要求。局部調(diào)節(jié)漿料濃度控制全幅定量的工作原理是：在布漿元件的支管之間，沿橫向選擇適當(dāng)?shù)拈g隔距離，向布漿元件的上游注入稀釋水，通常為造紙白水，用以局部調(diào)節(jié)漿料濃度，實現(xiàn)全幅橫向定量均勻調(diào)節(jié)。與傳統(tǒng)的唇板配曲調(diào)節(jié)相比，稀釋水調(diào)節(jié)方法既能有效保證全幅橫向定量的均勻一致，又能保持全幅纖維排列均勻一致，調(diào)濃流漿箱具有優(yōu)良的纖維排列性能3。通過加稀釋水改變濃度來調(diào)節(jié)定鼠分布和纖維取向均勻度的效果取決于兩個操作單元”6）：第一個單元是兩種不同濃度液體的充分混合，對流漿箱而言,即稀釋水與不同濃度漿料的充分混合；第二個單元是在一定的稀釋比（稀釋水流屋與布漿元件進(jìn)漿

7、量的比值）范圍內(nèi)，布漿元件各支管出漿量基本保持不變。第一個單元稀釋水與漿料的混合比較容易實現(xiàn)，第二個單元實現(xiàn)起來比較困難同時也是關(guān)鍵單元，如果由于稀釋水的添加而導(dǎo)致布漿支管出漿不等，就會在流漿箱中產(chǎn)生橫流，這種橫流降低了定量調(diào)節(jié)的效果，更重要的是會破壞纖維取向的均勻性，這正是傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法最大的缺點。因為稀釋水的流量是根據(jù)需要發(fā)生變化的，因此稀釋水流速和加入角度收稿口期：2012-12-28（修改稿）基金項目：科技部科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項目（編號:12C26214405137）o（稀釋水支管與布漿支管的夾角）是影響布漿支管流量變化，進(jìn)而影響稀釋水添加效果的兩個非常重要的因素，對此，國內(nèi)外的

8、研究報道很少。對于現(xiàn)代錐管布漿流漿箱而言，稀釋水添加方式有多種，如原Beloit公司的流漿箱，將稀釋水注入方錐總管上游鄰近管入口位骨，稀釋水轉(zhuǎn)180。后進(jìn)入該管中，稀釋水和主漿流在布漿元件中混合后進(jìn)入混合室中。而目前有的稀釋水流漿箱采用在布漿支管注入稀釋水的方式，本研究主要分析這種添加方式中稀釋水流速及加入角度對稀釋水添加效果的影響。1布漿支管中添加稀釋水的流體力學(xué)分析5-53匕匕一匕=1"y(x+i)1=x+1將式(6)式(8)代入到式(3)中,Pi"捋X?輜P"2為22Y(X+1)22(PPV2-X(X+l)2得:(6)(7)(8)(9)(10)在布漿支管中加

9、入稀釋水的方式如圖1所示，從流體力學(xué)的角度看，這種添加方式是一種非標(biāo)準(zhǔn)的匯流三通，對于稀釋水支管，匯流的伯努力方程可以表示為式（1）。2(R”3)X2(11)，哇+鼻=孕引4驀(1)式中，兒、Z3分別表示稀釋水支管與匯流后漿管的位能，m；R、P3分別表示稀釋水支管與匯流后漿管的壓力，kPa；匕、匕分別表示稀釋水支管與匯流后漿管的流速，m/s；%表示稀釋水支管的局部能量損失系數(shù)；,表示漿的密度，kg/m'稀釋水支管通常與布漿支管在同一平面內(nèi)，即Q（im-Y（+X）2）匯流的主要損失來源于兩支不同速度流的紊流混合損失、從側(cè)管進(jìn)入總管的轉(zhuǎn)向損失、漸擴段中的擴散損失和圓滑彎頭內(nèi)的損失等。根據(jù)流

10、體阻力手冊得出支管的局部能a：損失系數(shù)見式（i2）n°j。-2楠。阿（12）式中，匕、嶺、匕分別表示稀釋水支管、匯流前漿管與匯流后漿管的流速，m/s；S|、S2、S3分別表示稀釋水支管、匯流前漿管與匯流后漿管的截面積，m2；0表示稀釋水支管與布漿支管的夾角（°）;4、K為阻力系數(shù)。對于式（12）中的阻力系數(shù)4和K,因為S|+S2>S3tS2=S3,因此K=0,4=0.8x祟=0.8xV3Cl+(¥)-2并制Zf，如稀釋水支管與布漿支管不在同一平面內(nèi),因為差值是固定的，不影響對結(jié)果的分析，式（1）吉，將4和K值代入式（12）得:變?yōu)槭剑?）、式（3）。R-P3

11、*,捋捋亍成-萬設(shè)稀釋比為X,那么：Q=xQi根據(jù)連續(xù)性方程(2)(3)(4)in=0.8x吉xl+2r(F7¥7T)2H(13)稀釋水流速和加入角度對稀釋水添加效果的影響分析。3=0+<>2=（1+X）-0（5）設(shè)稀釋水支管的截面積與布漿支管的截面積比為為了避免流漿箱中產(chǎn)生橫流，影響稀釋水的添加效果，就要在一定的稀釋比矛范圍內(nèi)，添加稀釋水后布漿支管流里的變化率盡可能小。&=0二x100%=(14)匕稀釋水加入前后布漿支管的截面積不變，那么:式中，旦表示不同條件下添加稀釋水后布漿支管流量對平均流雖的變化毛;Q丸表示不同條件下布漿支管的流量，m3/s；甘表示不同條件

12、下添加稀釋水后布漿支管的平均流量，m3/so山于稀釋水的加入量比較小，為了確保稀釋水閥的靈敏性，一般而言，流漿箱系統(tǒng)中，稀釋水的壓力表1Y為0.25時稀釋水加入角度對布漿支管流變化的影響與布漿支管中壓力保持基本不變，即(R-R)基本不變，將式(11)代入式(14)：2(R“3)了2V(1+X)22(Pi)X11+(3UY(1+X)P稀釋比_/%變化率冰6=30°0=60°0=90°0=120°0=150。1-3.88-3.85-3.80-3.76-3.732-3.32-3.29-3.25-3.21-3.173-2.65-2.62-2.58-2.54-2.

13、514-1.87-1.84-1.81-1.77-1.755-0.97-0.95-0.93-0.90-0.8860.040.050.060.080.0971.171.161.161.151.1582.412.392.362.332.3193.793.743.683.623.57105.295.215.115.004.93變化率的最大偏差9.179.068.918.778.66表2Y為0.36時稀釋水加入角度對布漿支管流量變化的影響(15)式中，幾表示選取的添加稀釋水后布漿支管流量的個數(shù)，本研究選取了10個。稀釋水的流速取決于稀釋比X和稀釋水支管的截面積，流漿箱的稀釋比X通常為5%10%、們，本研

14、究取1%-10%進(jìn)行計算，稀釋水支管與布漿支管的截面積比丫取0.25、0.36、0.49、0.64進(jìn)行計算，相當(dāng)于稀釋水支管的直徑為布漿支管直徑的希、3、土、音，以稀釋水支管與布漿支管的截面積比丫間接代表稀釋水支管的流速。稀釋水加入角度，即稀釋水支管與布漿支管的夾角。取30。、60。、90。、120。、150。進(jìn)行計算。2.1稀釋水加入角度對稀釋水添加效果的影響當(dāng)稀釋水支管與布漿支管的截面積比y為0.25、0.36、0.49、0.64時，稀釋水加入角度對布漿支管流量變化的影響如表1表4所示。從表1表4可以看出，在稀釋比從1%到10%變化時，布漿支管中流量隨稀釋比的變化具有相同的趨勢，并且稀釋水

15、支管與布漿支管夾角越大，布漿支管中的流量變化越小，稀釋水添加的效果越好，這是因為隨著夾角的增加，稀釋水與錐管來的漿流混合產(chǎn)生能量損失越大，從而在-定程度上減小錐管的來漿量，使得添加稀釋水后混合漿流的鼠變化程度減小。稀降比_/%變化率Q%ff=30°。=60。0=90。0=120。0=150。1-2.47-2.45-2.42-2.39-2.372-2.02-2.00-1.97-1.95-1.933-1.54-1.52-1.49-1.46-1.454-1.01-0.99-0.97-0.95-0.935-0.45-0.44-0.42-0.40-0.3960.150.160.170.170.

16、1870.790.780.780.780.7781.461.451.431.411.3992.172.142.102.062.03102.922.872.802.742.69變化率的5.395.325.235.135.06最大偏差表3Y為0.49時稀釋水加入角度對布漿支管流變化的影響稀釋比_/%變化0=30°0=60°0=90°0=120。0=150。1-1.86-1.84-1.82-1.80-1.792-1.46-1.44-1.42-1.40-1.393-1.05-1.04-1.02-1.00-0.994-0.65-0.63-0.62-0.60-0.595-0.

17、23-0.22-0.21-0.20-0.1960.190.190.200.200.2170.610.610.610.600.6081.041.031.021.000.9991.481.461.431.401.38101.921.891.841.801.77變化率的最大偏差3.783.733.673.603.55表4y為0.64時稀釋水加入角度對布漿支管流變化的影響稀釋比/%變化率6/%0=30°0=60。0=90。0=120°0=150°1-1.60-1.59-1.57-1.56-1.552-1.22-1.21-1.20-1.18-1.173-0.86-0.84-

18、0.83-0.82-0.814-0.50-0.49-0.47-0.46-0.455-0.14-0.14-0.13-0.12-0.1160.200.200.2!0.210.2170.540.540.530.530.5380.870.860.850.840.8391.201.181.161.141.12101.521.491.461.421.39變化率的址大偏差3.123.083.032.982.942.2稀釋水流速對稀釋水添加效果的影響當(dāng)稀釋水支管與布漿支管的夾角保持不變時，在稀釋比1%-10%范圍內(nèi)，稀釋水支管與布漿支管的夾角e分別為60。和120。時布漿支管的流量:隨稀釋水支管與布漿支管截面

19、積比(丫)所代表的稀釋水流速變化悄況如圖2和圖3所示。K-0.25X.36r=0.49M).64K-0.25X.36r=0.49M).64從圖2和圖3可以看出：當(dāng)稀釋水支管與布漿支管的夾角相同時，稀釋水支管與布漿支管截面積比丫越大，即稀釋水流速越低，添加稀釋水后支管流S:的變化率在相同的稀釋比情況下越小，稀釋水添加的效果越好；對于不同的夾角，具有相同的趨勢;y=0.49和y=0.64的曲線基本接近，因此當(dāng)稀釋水支管與布漿支管截面積比r>0.49時，丫對于添加稀釋水后布漿支管流量的變化率影響減小。這是因為隨著丫的增加，稀釋水的流速減小，從而對支管中漿流的沖擊減小，使匯流后支管中漿流速度的變

20、化率減小。3結(jié)語在布漿支管中添加稀釋水調(diào)肯濃度控制橫幅定量的方法，創(chuàng)造性地解決了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法在定量調(diào)節(jié)與纖維取向調(diào)節(jié)之間的矛盾，對這種添加方式的流體力學(xué)分析結(jié)果表明，稀釋水支管與布漿支管之間的夾角越大，添加稀釋水后布漿支管的流量變化越小，添加效果越好。稀釋水支管與布漿支管截面積比越大，即稀釋水流速越低，添加稀釋水后支管流量的變化率在相同的稀釋比情況下越小，稀釋水添加的效果越好。在夾角和流速這兩個因素中，顯然稀釋水流速對添加稀釋水后布漿支管流量的變化影響更大，也是更為關(guān)鍵的因素。本研究假定了稀釋水支管與添加稀釋水后布漿支管中的壓力差保持不變，在實際生產(chǎn)中，即使通過嚴(yán)格的自動控制，由于稀釋水閥的升

21、度變化，仍然使得壓力差會發(fā)生變化，由于變化比較小，因此不會影響本研究的結(jié)果。但由于匯流水力特性的復(fù)雜性，目前關(guān)于匯流局部能量損失系數(shù)都是由實驗研究、曲線擬合、插值近似加理論推導(dǎo)相結(jié)合而得出的無疑存在一定的誤差，因此后續(xù)工作中需對本研究的結(jié)論做進(jìn)一步的實驗驗證。參考文獻(xiàn)1JimKenny.DilutionheadboxisasweetsuccessJ.Pulp&PaperInternational,1996,38(6):66.2 YangFucheng,WuQi,LouJin.TlieModemHeadboxControllingCrossProfileswithRegulateStoc

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