侯順利 楊恒 衛(wèi)魏

摘要：利用計算流體動力學軟件FLUENT對輥殼式流漿箱的流場進行數(shù)值模擬，分析了噴漿速度、溝槽輥轉(zhuǎn)速與壓力的關系，并優(yōu)化了溢流室結(jié)構(gòu)。模擬結(jié)果表明，輥殼式流漿箱的均衡室和溢流室壓力不僅受到噴漿速度和溝槽輥轉(zhuǎn)速的影響，而且還受到溢流室進口角度的影響，通過改變進口角度就可以得到理想的溢流室壓力變化規(guī)律和壓力范圍。

關鍵詞：流漿箱；數(shù)值模擬；溝槽輥；噴漿速度；壓力

中圖分類號：TS734

文獻標識碼：A

DOI：10.11981/j.issn.1000-6842.2018.04.58

輥殼式流漿箱可以克服現(xiàn)有勻漿輥流漿箱湍流尺寸大、湍流強度小、橫向流動大、漿流不穩(wěn)定、不能有效使用稀釋水調(diào)節(jié)紙張橫幅定量差等諸多弊端，可提高紙張勻度，減少紙張的橫幅定量差，從而獲得更好的紙張成形質(zhì)量[1]。與水力式流漿箱相比，輥殼式流漿箱具有可以適應進漿量變化并可在線調(diào)節(jié)湍流強度的特點。

侯順利等[2]對新型輥殼式流漿箱速度參數(shù)的探討結(jié)果表明，對于10～16mm寬度的流道，溝槽輥轉(zhuǎn)速為120rad/s時，流道內(nèi)的湍流強度和湍流尺寸能夠較好實現(xiàn)對纖維絮聚團的分散。林曉林等[3-4]還對溝槽輥壁面、均衡室進口和速度參數(shù)等進行了優(yōu)化。但是在研究過程中發(fā)現(xiàn)，當溝槽輥轉(zhuǎn)速維持不變時，隨著噴漿速度的上升，溢流室壓力并非單調(diào)上升的二次函數(shù)，這就無法通過溢流室壓力控制噴漿速度。

本課題擬通過FLUENT軟件數(shù)值模擬輥殼式流漿箱在不同噴漿速度下內(nèi)部漿流的流動狀態(tài)，主要探究噴漿速度與均衡室進口壓力、溢流室壓力之間的關系，揭示噴漿速度與溢流室壓力之間相互影響的規(guī)律，從而達到控制噴漿速度的目的，為設計計算和實際操作提供基礎數(shù)據(jù)。

1輥殼式流漿箱結(jié)構(gòu)及原理

圖1所示為輥殼式流漿箱結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知，漿料從錐管布漿器進入各布漿支管，與來自稀釋水支管里的稀釋水混合后進入均衡室，然后漿料在輥面環(huán)形溝槽高速運動的摩擦作用下，跟隨輥面運動方向，進入到溝槽內(nèi)和間隙內(nèi)[5]。處于兩者之間的漿流受到一個強大的剪切力，可產(chǎn)生尺寸小而強度高的湍流，實現(xiàn)對纖維絮聚團的分散；同時溝槽之間的擋板還能盡量減少稀釋水的橫向擴散，增強稀釋水添加的效果，溝槽輥如圖2所示。溢流室用于維持恒定的液位與氣壓并吸收壓力脈沖、消除漿料中的空氣和泡沫[6]。當漿料流動到圓筒形殼體另一側(cè)的漿流出口時，在壓差的作用下流出流漿箱。

4溢流室內(nèi)部壓力設計優(yōu)化

圖11所示為噴漿速度30m/min、

轉(zhuǎn)速120rad/s時，溢流室結(jié)構(gòu)改變前后的流場壓力云圖。圖11中的model-1模型（原模型），在不同噴漿速度下溢流室內(nèi)壓力均為負壓，而且噴漿速度越高，溢流室內(nèi)負壓越大，在實際操作中往往需要采用抽真空設備，既增加成本，又增大實驗難度。

在當前實驗室條件下，初期研究的噴漿速度范圍為5～30m/min，先在較低噴漿速度下研究實際輥殼式流漿箱內(nèi)部漿流的流動特性，從實際情況的低速狀態(tài)出發(fā)，分析實際漿流流動與仿真研究的誤差所在，為仿真模擬提供準確的實際參數(shù)，不斷提高數(shù)值模擬的準確度和精確度，再逐步提高實驗的噴漿速度，用于以后設計更高速的輥殼式流漿箱。

為設計一種適于低速狀態(tài)下實驗室用的輥殼式流漿箱，可以通過改變溢流室入口角度的方法優(yōu)化溢流室結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部壓力為正壓且接近常壓狀態(tài)，這時只需適當調(diào)整溢流室內(nèi)液位高度就可達到目標噴漿速度所需壓力，避免使用抽真空設備，降低了實驗操作的難度、減少實驗成本。經(jīng)過多次模擬分析，得到了優(yōu)化溢流室進口的模型model-2。對比圖11壓力云圖，model-2相比model-1溢流室壓力有顯著提高，而對其他位置壓力影響較小。

圖12所示為溢流室結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的局部放大圖。流道內(nèi)的漿流隨溝槽輥逆時針流動，通過改變溢流室進口方向，從而使進入到溢流室的漿流流量增加，漿流進入到溢流室后動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，則溢流室壓力就會升高。還可再調(diào)節(jié)溢流室進口角度，當溢流室內(nèi)壓力接近常壓時認為最佳。

5結(jié)論

（1）輥殼式流漿箱的均衡室進口壓力和溢流室壓力不僅受到噴漿速度和溝槽輥轉(zhuǎn)速的影響，而且還受到溢流室進口角度的影響。

（2）溝槽輥轉(zhuǎn)速對均衡室進口壓力和溢流室壓力的影響規(guī)律受到進口角度的影響，通過設計合理的進口角度可以使溢流室壓力與噴漿速度之間的關系為單調(diào)二次函數(shù)，這就可以實現(xiàn)通過調(diào)節(jié)溢流室壓力來調(diào)節(jié)噴漿速度的目的。

（3）通過溢流室進口角度變化設計就可以實現(xiàn)理想的溢流室壓力范圍，這可以擴大敞開式流漿箱所適應的車速范圍，簡化流漿箱結(jié)構(gòu)和操作，同時降低制造成本。

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（責任編輯：馬忻）