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即 :

F

l

=

C

d

r

2

0

( u

p

-

u

f

) (6

146

u

f

ρ

f

d

u

d

r

+ 3

114

r

0

ρ

f

ω

)

(

9

)

3  纸浆两相平面射流的流动特点

纸浆离开喷口的初始阶段 ,由于射流外表面受周围静止空气的干扰 ,不断的动量及能量交

换使射流外表面形成逐渐增厚的射流边界层 ,如图中 CAB 区 ,而中间则是保持速度不变的射
流核心区 ,即图中 CAC。随着射流的进一步发展 ,能量和动量的交换使边界层不断增厚 ,核心
区逐渐缩小直至最后完全消失 ,射流完全进入主段射流状态 。表现为轴线速度连续衰减 ,射流
厚度不断增大 ,横截面速度趋于均匀 (如图 2 示) 。

同时 ,由于纸浆中纤维的存在及其惯性运动的结果 ,使纸浆两相射流的发展与单相水射

流相比还明显表现出射流射程增大 、

厚度收敛变窄以及湍动强度减弱且相对均匀等特点 。

2

 纸浆平面自由湍流射流

4  数值计算模型及其微分方程组

基本假定 :
假设纸浆悬浮体中纤维粒子的尺寸均匀一

致 ; 悬 浮 体 在 流 浆 箱 上 网 浓 度 情 况 下 ( 一 般

0

15 % - 017 %) 为稀疏相悬浮体

[ 6 ]

; 悬浮体中的

粒子相为连续介质 ,服从连续介质的运动规律 。

流动模型 : 选择滑移扩散的两相流动模型

(Slip

2Diffusion Model)

[ 2 ]

,即认为时均滑移速度

是引起扩散的主要原因 ,湍流脉动是粒子扩散的次要原因 ,则控制方程如下 :

4

1 液相

稀疏相悬浮体可认为粒子的存在对液相的速度场及剪应力无影响 ,则有 :

连续方程 :

5

u

f

5

x

+

5

v

f

5

y

= 0

(

10

)

X 方向动量方程 :

5

u

f

5

t

=

u

f

5

u

f

5

x

+

v

f

5

u

f

5

y

=

v

5

2

u

f

5

y

2

-

1

ρ

f

5

p

5

x

+

1

ρ

f

F

s

(11)

由于湍流中  

u

f

=

gh

u

f

+

u

f

  

v

f

=

gh

v

f

+

gh

v

f

  

p

=

gh

p

+

p

  及

:

gh

u

f

= 0   

gh

v

f

= 0   

gh

p

f

= 0

代入动量方程有 :

5 gh

u

f

5

t

+ 5 gh

u

2

5

x

+ 5

u

2

———

5

x

+ 5 gh

u

gh

v

5

y

+ 5

u

v

——————

5

y

=

v

5

2

gh

u

5

y

2

-

1

ρ

f

5 gh

p

5

x

+

1

ρ

f

F

s

由于自由湍流射流无约束壁面 ,湍流边界层的粘性影响很小 ,且因流动为不可压缩定常流

动 ,即 :运动粘度

v

≈0

,

5

5 t = 0 ,

则湍流运动方程为 :

u

f

5

u

f

5

x

+

v

f

5

u

f

5

y

+

5

u


f

v


f

——————

5

y

= -

1

ρ

f

5

p

5

x

+

1

ρ

f

F

s

(12)

因有τ= - ρ

u

v

——————

,

则方程变为

:

0

9

中  国  造  纸  学  报

14

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