紙機(jī)干燥部冷凝水運(yùn)動與傳熱實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、就制漿造紙各個(gè)環(huán)節(jié)的能耗而言，紙機(jī)干燥部一般是耗能最大的工段。目前大部分學(xué)者和專家主要從以下幾個(gè)方面著手改善紙機(jī)干燥部的傳熱效率：不斷完善蒸汽冷凝水系統(tǒng)、改變烘缸的結(jié)構(gòu)（單通道烘缸、多通道烘缸等）、引用一些輔助裝置（擾流棒等）、改善袋區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)和研究不同干燥技術(shù)等。雖然從宏觀上改變和完善紙機(jī)干燥部，干燥效率有一定的提高，但是效果不太明顯。然而傳熱系數(shù)是傳熱過程中衡量干燥效率的一個(gè)重要參數(shù)，尤其在高速紙機(jī)下，蒸汽在紙頁干燥過程中冷凝形成水

2、環(huán)，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?，它在很大程度下降低了傳熱系?shù)。因此本文通過研究紙機(jī)干燥部內(nèi)部的冷凝水運(yùn)動和傳熱機(jī)理，并通過定量分析，對烘缸內(nèi)冷凝水形成水環(huán)以及傳熱的機(jī)理做了系統(tǒng)的研究，從而為提高干燥效率提供比較好的理論依據(jù)。
　　 紙機(jī)干燥部內(nèi)冷凝水運(yùn)動與傳熱的研究方法可以采用理論研究和試驗(yàn)研究。
　　 首先，本文對紙機(jī)干燥部內(nèi)冷凝水運(yùn)動與傳熱有關(guān)理論進(jìn)行了較

3、全面的研究分析和總結(jié)。在理論研究基礎(chǔ)上，研制出臥式旋轉(zhuǎn)筒體的實(shí)驗(yàn)裝置，研究分析出簡體內(nèi)液體在不同運(yùn)動狀態(tài)時(shí)的影響因素、主導(dǎo)準(zhǔn)則數(shù)以及主要作用力。同時(shí)，以量綱分析為指導(dǎo)，確定液環(huán)形成和液環(huán)破壞的臨界轉(zhuǎn)速以及準(zhǔn)則數(shù)表達(dá)式。通過簡化熱傳遞過程中的一些參數(shù)，建立了蒸汽通過烘缸壁傳熱給紙幅的熱力學(xué)模型。
　　 但是這兩種方法受到許多實(shí)際條件的限制，使得此方面的研究結(jié)果不太理想。最近廣泛使用的CFD技術(shù)為此方面的研究開創(chuàng)了另一個(gè)有效的途徑。

4、
　　 其次，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用CFD技術(shù)對紙機(jī)干燥部內(nèi)冷凝水運(yùn)動與傳熱進(jìn)行分別仿真研究。研究模型主要采用了分離式求解模式、多相流VOF法求解模型、標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon兩方程的湍流模型為計(jì)算模型；據(jù)此計(jì)算的結(jié)果，從各個(gè)參數(shù)對紙機(jī)干燥部內(nèi)冷凝水與傳熱的影響以及變參數(shù)間的關(guān)系兩方面進(jìn)行了較全面的分析。通過大量的試驗(yàn)與模擬結(jié)果對比，得到了紙機(jī)干燥部內(nèi)冷凝水運(yùn)動形成水環(huán)的基本關(guān)系式以及烘缸內(nèi)傳熱的基本趨勢。
　　 本研究的主

5、要成果及主要貢獻(xiàn)表現(xiàn)在三個(gè)方面：
　　 （1）首次在國內(nèi)開展旋轉(zhuǎn)筒體內(nèi)液體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)研究，擬定采用量綱分析法并通過大量實(shí)驗(yàn)，確定旋轉(zhuǎn)筒體內(nèi)液體穩(wěn)定運(yùn)動的準(zhǔn)則數(shù)，并研究筒體內(nèi)液環(huán)形成與破壞等穩(wěn)定運(yùn)動的臨界轉(zhuǎn)速以及主要準(zhǔn)則數(shù)間的函數(shù)關(guān)系。
　　 （2）基于CFD（fluent等）計(jì)算流體動力學(xué)軟件平臺，采用VOF法對簡體內(nèi)液體運(yùn)動進(jìn)行數(shù)學(xué)建模以及數(shù)值模擬，驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果。
　　 （3）對烘缸內(nèi)冷凝水運(yùn)動進(jìn)行傳熱分析及