造紙多通道烘缸流體流動(dòng)與傳熱特性研究.pdf

1、在傳統(tǒng)的造紙烘缸干燥紙張的過程中，蒸汽在烘缸內(nèi)冷凝，冷凝水需要通過虹吸管排出烘缸，通常烘缸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)冷凝水會(huì)形成水環(huán)，目前的虹吸排水裝置不能有效的排除冷凝水。而冷凝水的傳導(dǎo)系數(shù)僅為烘缸壁的導(dǎo)熱系數(shù)的1/87，冷凝水層的熱阻在總熱阻中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，它在很大程度上降低了烘缸傳熱系?shù)，制約了紙機(jī)的高速化發(fā)展。本文研究的新型無虹吸管造紙多通道烘缸將有效的解決傳統(tǒng)烘缸積水問題。新型多通道烘缸在烘缸內(nèi)壁上開有通道，通入烘缸內(nèi)的蒸汽被限制在小通道

2、中流動(dòng)，冷凝水在高壓蒸汽的推動(dòng)下從通道流出，故在烘缸內(nèi)部不產(chǎn)生積水。
　　 多通道烘缸作為一種新型的造紙烘缸，其通道內(nèi)部的流動(dòng)及傳熱特性研究是多通道烘缸設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文通過理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，建立多通道烘缸通道內(nèi)流體流動(dòng)與通道內(nèi)冷凝傳熱的數(shù)學(xué)模型，對(duì)多通道內(nèi)流體流動(dòng)流型、壓力降及通道壁面的傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過理論分析及數(shù)值模擬，確定新型多通道烘缸的結(jié)構(gòu)并優(yōu)化。
　　 本研究的主要研究成果及主要貢獻(xiàn)表現(xiàn)

3、在如下幾個(gè)方面：
　　 (1)建立了多通道烘缸通道內(nèi)流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。多通道烘缸通道內(nèi)蒸汽流動(dòng)為氣液兩相流動(dòng)，其流動(dòng)數(shù)學(xué)模型根據(jù)流型的不同可以分為均相流動(dòng)模型和分相流動(dòng)模型。分別建立了在均相流動(dòng)與分相流動(dòng)過程中流體微元應(yīng)滿足的各類平衡方程式。
　　 (2)建立了多通道烘缸通道內(nèi)蒸汽冷凝傳熱的數(shù)學(xué)模型。模型根據(jù)無量綱數(shù)——流型準(zhǔn)則數(shù)來判斷通道內(nèi)流體流動(dòng)過程中是剪力控制還是重力控制，進(jìn)而建立了通道內(nèi)液膜傳熱系數(shù)及氣相傳熱系

4、數(shù)公式，同時(shí)模型對(duì)通道內(nèi)流體流動(dòng)過程中的壓力降的計(jì)算方法做了闡述。
　　 (3)對(duì)比分析采用數(shù)值模擬軟件FLUENT中的兩相流VOF模型，對(duì)多通道烘缸通道內(nèi)流體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果顯示多通道烘缸通道內(nèi)流型基本與經(jīng)典氣液兩相流流型圖Mandhane中的數(shù)據(jù)保持一致，同時(shí)對(duì)通道內(nèi)壓力降的分析得出當(dāng)通道內(nèi)流型為環(huán)狀流或環(huán)霧狀流時(shí)壓力降達(dá)到最小，得到此流型有利于烘缸傳熱。對(duì)新型多通道烘缸傳熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多通道烘

5、缸單端進(jìn)蒸汽對(duì)于通道的傳熱過程而言，有可能出現(xiàn)烘缸表面溫度不均勻的現(xiàn)象，為此需要對(duì)烘缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)比前人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多通道烘缸具有比傳統(tǒng)烘缸高的傳熱系數(shù)，證明多通道烘缸是一種節(jié)能型烘缸。
　　 (4)通過對(duì)多通道烘缸通道內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱的數(shù)值模擬，對(duì)多通道烘缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了新型雙端迸氣多通道烘缸，并應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)雙端進(jìn)氣多通道烘缸傳熱進(jìn)行模擬分析，模擬結(jié)果顯示雙端進(jìn)氣多通道烘缸對(duì)改善烘缸表面溫度的均勻性有