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
制
[ 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
需
[ 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;
和
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