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通过稀释水来调节横幅定量是流浆箱发展史上

一次突破性的进展, 它改变了以往的唇板局部开度
调节法, 避免唇板 发生永久变形, 而且便于 自动控

[ 8]

. 稀释水通过调节局部浆料浓度控制横幅定量

差的工作原理是: 在布浆元件与支管之间, 沿横向选
择适当的间距, 向布浆元件的上游注入稀释水, 通常
为造纸白水, 用以调节局部浆料浓度, 实现纸页横幅
定量一致.

2 数值模拟

2. 1 物理模型的假设

( 1)流浆箱箱体、

唇板、

匀浆辊为刚性, 工作过程

中不发生变形.

( 2)本研究主要探讨匀浆辊对稀释水调节效果

的影响, 考察加入稀释水后的浆料 (纤维质量分数约
为 0 5% )与上网浆料 (纤维质量分数约为 0 6% )的
混合以及其扩散情况, 不对单根纤维的受力和纤维定
向进行研究; 利用两种不同密度的流体进行模拟计
算, 两种流体除密度不同外, 其它物理指标和水完全相
同, 通过对混合物密度分布的研究来考察稀释后的浆
料在流浆箱中的扩散和分布状况; 设从进浆支管进入
的流体的密度为 998 2kg /m

3

; 从稀释水管流入的流体

为浆料和稀白水的混合物, 设其密度为 900 0kg /m

3

, 黏

度与水相同为 1 003mPa

s, 其它主要物理指标与

水相同.

( 3)流场内介质在工作过程中为等温状态, 内

能不发生变化, 且为不可压缩流体.

( 4) 由 于 浆 料 和 白 水 的 纤 维 质 量 分 数 都 在

0 6% 以下, 其流动特性与水类似, 故按照水流进行

模拟

[ 9]

.

2. 2 建模和网格划分

对流 浆 箱利 用 UG 软件 建 好几 何模 型 后, 用

ICEM 软件对模型进行网格划分, 并用 F luent v12 0

对流场进行计算. 流浆箱几何模型和网格如图 1所
示. 流浆箱几何模型中有 3排 9列进浆管, 低密度流
体 (密度为 900 0kg /m

3

) 由中间一列进入流浆箱, 其

它管道流体的密度为 998 2 kg /m

3

.

图 1 流浆箱几何模型和网格

F ig. 1

G eom etric m ode l and g rid o f headbox

2. 3 数学模型与控制方程

流体力学中描述流体运动的方法主要有拉格朗

日法和欧拉法, 欧拉法着眼于空间点, 拉格朗日法着
眼于流体质点, 两种描述方法可以相互转化

[ 10 ]

. 20

世纪 80年代以来, 大量研究人员提出和发展了一大
批高精度、

高分辨率的计算格式, 从主控方程看已成

功地解决了欧拉方程的数值模拟, 可以说欧拉方程
数值模拟方法的精度已接近于它有效使用范围的极
限; 同时还发展了一大批有效的网格生成技术及相
应的软件, 具体实现了工程计算所需要的复杂外形
计算网格; 随着计算机的发展, 无论从计算时间还是
从计算费用考虑, 欧拉方程都能适用于各种实践所

[ 11]

. 流浆箱的喷嘴为收敛流道, 对于收缩流道内

的湍流计算, 欧拉法比拉格朗日法的计算效率更高,
更易于收敛

[ 12 ]

. 本研究中涉及到两种流体的混合,

所以采用 M u ltiphase M ixture模型. Aub in等

[ 13]

的研

究结果表明, 在流场内存在扰动时采用重整化群两
方程 ( RNG

) 湍流模型 更有利于计算 残差的收

敛. 在 RNG

两方程湍流 模型中, 通过在大尺度

运动项和修正后的黏度项中体现小尺度的影响, 所
得到的

方程和

方程与标准

方程非常相似,

其输运方程为

(

)

t

+

(

u

i

)

x

i

=

x

j

eff

x

j

+ G +

(

)

t

+

(

u

i

)

x

i

=

x

j

eff

x

j

+

C

*

1

G - C

2

2

( 1)

式中: u 为速度; i、 j 是指 直角坐 标的方 向;

为密

度; t为时间;

为湍动能; 为耗散率;

是湍

动能和耗散率的有效湍流普朗特数的倒数,

=

=

1 39; G 是由于平均速度梯度引起的湍动能产生项,

G = -

u

i

u

j

u

j

u

i

( 2)

式中: u

i

和 u

j

分别表示 u

i

和 u

j

的一阶导数; u

i

u

j

表示 u

i

u

j

的平均值;

eff

为有效黏性系数,

eff

=

+

t

,

为黏度系数, 而

t

=

C

2

; 常数 C 为 0 0845;

C

1

和 C

2

为模型常数, F luent中默认 C

1

= 1 42, C

2

=

1 68; 而 C

1

*

由式 ( 3)确定:

C

*

1

= C

1

-

( 1-

0

) / ( 1+

3

)

( 3)

= ( 2E

ij

E

ij

)

1

2

, 常数

0

= 4 377,

= 0 012; 主

58

华 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )

第 38卷