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1、中 国 造 纸 学 报86TransactionsofChinaPulpandPaperVol1162001流浆箱混合室的设计探讨刘建安 陈克复 雷以超 周庆乐(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广州,510640)摘 要 混合室在流浆箱中起着均匀浆流、稳定压力的重要作用,而混合室的长度是混合室设计中的重要参数。本文探讨了混合室的作用机理,对混合室中浆料的流动过程进行分析,求得射流组初始段长度,得出混合室的长度必须大于射流组初始段长度,但也不能过长的结论。关键词 流浆箱 混合室 设计 射流中图分类号:TS734文献标识码:A文章编号:100026842(2001)0220086205
2、从流浆箱布浆器出来的小股浆流,在进入湍流发生器前,通常都先进入混合室,以均匀浆流、消除压力波动。在当今发展的各种流浆箱中,都非常重视混合室的作用。如Voith公司的W2type流浆箱、Valmet公司的Sym2Flo流浆箱以及Beloit公司的Converflo流浆箱等都设计了良[1～3]好的混合室。混合室的横截面积是由布浆器的横截面积所决定的,而且沿长度方向变化不大,因此混合室的长度就成为混合室设计中决定混合室性能发挥的一个重要参数,混合室过长或过短都会对上网的浆料分布和纸张成形产生不利影响。1 混合室内的浆料流体力学分析浆料由布浆器的小孔喷射到混合室内的流动是属于外流中的射流,也就是射
3、流的周围介质处于运动的情况,同时射流方向与外流方向相同,因而属于顺流射流。设从布浆器喷嘴出来的射流速度为u0,周围运动流动体的速度即混合室中的浆流速度为u1,显然u0>u1。以混合室长度方向为X轴,宽度方向为Y轴,布浆器喷口的中心点为坐标原点。不可压[4]湍流射流的运动方程和连续性方程为:9u9u19τu+v=(1)9x9yρ9y9u9v+=09x9y边界条件为:9uy=0;u=um,v=0,=0,τ=0;9y9uy→∞;u=0,v=-ve,=0,τ=09y式中:um为射流中心线上的速度;ve为卷吸速度。对上式进行一系列的积分变换,可得ye±∫ρu(u-u1)dy=常数(2)0式中:ye为
4、射流外边界的纵坐标,正负号对应于m0<1和m0>1的情况,m0为流速比,m0=收稿日期:2001207216(修改稿)©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第16卷流浆箱混合室的设计探讨87u1/u0。显然对流浆箱混合室而言,m0<1。u-u1表示射流与外流速度之差,式(2)左边即为射流相对于外流的相对动量,而右边为常数,因此式(2)表示射流的相对动量沿x方向即浆流方向守恒。下面依式(2)求取初始段的长度。射流初始段混合边界层内速度分布通常以下式表示:u0-u1152=f(η)=(1-η)(3)u0-u
5、1ye-yye-y式中:η==ye-yibmye———射流外边界的纵坐标yi———射流混合边界层内边界(或核心区边界)的纵坐标bm———混合边界层宽度之半显然越接近核心区,浆流速越大,越接近外边界,浆流速度越小。将式(2)改写成:ye∫u(u-u1)dy=u0(u0-u1)(b0-yi)(4)0式中,b0为喷嘴的半宽度。将式(3)代入式(4)并计及dy=-bmdη,y=yi,η=1,y=ye,η=0,整理后可得:b0yi1111521154-=1-(2-m0)∫(1-η)dη-(1-m0)∫(1-η)dη(5)bmbm00式中:11152∫(1-η)dη=0145011154∫(1-η)d
6、η=013160代入上式,得yib0=-01134m0-01416(6)bmbm此即二元不可压定长顺流射流初始段核心区边界的变化规律。式(6)表明,当混合室中的浆流速度相同时,射入混合室的射流速度越大,即m0越小,核心区衰减越慢,在初始段的相同侧面,有更多的浆流保持着原有的射流速度,因而为均匀浆流所需的混合室长度要求越大。根据式(6),要求初始段的长度,还必须知道初始段半宽度b沿X轴的变化规律。普朗特db′′认为b随时间的变化率与横向速度脉动值成比例,即～u。再根据混合长度理论知u～ldt9u,l为混合长度,故有:9ydb9u～ldt9yduu0-u1由于～,故上式可改写成dybdbl～(
7、u0-u1)(7)dtb©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.88中 国 造 纸 学 报第16卷当射流受壁面的影响较小时,可认为l与射流宽度成比例,即l/b为常数,于是式(7)变为:db～(u0-u1)dtdbdbdx即:=～(u0-u1),dtdxdtdb(u0-u1)(u0-u1)或:～=(8)dxdxucdt式中uc=dx/dt
