基于CFD方法的稀释水新型添加装置

说明浆料全都被稀释水稀释了，并且直径两端的密度比中间的密度要小，说明出口平面外围圆环部分的浆料被稀释水稀释的效果大于出口平面中间的浆料。另外，稀释水新型添加装置中直径密度的变化范围仅在992～995 kg/m3 之间，而圆管添加装置直径密度的变化范围在977～998 kg/m3之间，即稀释水新型添加装置的密度范围相比稀释水圆管添加装置大大减少，表明稀释水新型添加装置中稀释水的调节作用比稀释水圆管添加装置更加平缓，横幅定量分布情况大为改善，定量分布更加均匀。

3.3 速度分析

图15和图16分别是稀释水圆管添加装置以及其截面A1的速度矢量图。从图15和图16中可以看出，稀释水的添加导致管束中浆料速度大小出现差异，浆料出口平面中靠近稀释水注入点附近区域的浆料速度明显变低，远离稀释水注入点的浆料速度明显变高，而速度不同会造成流量不同，在流浆箱中會产生横流，降低稀释水定量调节的效果。

图17和图18分别是稀释水新型添加装置以及其截面A2的速度矢量图。从图17和图18中可见，稀释水注入点的速度相对浆料进口速度较低，并且对浆料流动的影响较小；另外，浆料出口速度大小相对均匀，大大避免了流浆箱发生横流的可能，提升了稀释水定量调节的效果。

3.4 浆料出口平面直径速度分析

当流体流过物体时，由于流体本身的黏性，靠近物体表面的流体速度为零，而离开物体表面一定距离的流体速度则不受黏性影响[7]。而浆料具有黏性，因此去掉直径中最靠近物体的两个点。在图19和图20中，以出口直径上的点到圆管出口平面原点的距离d为X轴，在X轴上面的点到原点的距离设置为正值，而X轴下面的点到原点的距离设为负值，Y轴为这些点的出口速度大小。图19为出口平面直径1、2、3、4的速度分布图，从图19中可以看出，除了直径3的速度大小变化相对均匀，其余直径中远离稀释水进口处的浆料速度比靠近稀释水进口的浆料速度高，并且越靠近稀释水进口处的浆料速度越低。从出口平面浆料密度变化趋势可以看出，速度大小变化最大的直径为与+Z轴夹角为0°的直径1。因此，这种稀释水圆管添加装置出口平面速度大小分布不均匀，容易在流浆箱中产生横流，降低了稀释水的调节效果。

图20为浆料出口平面内选取4条直径5、6、7、8的速度图。由图20可知，直径中间的浆料速度比两端的速度相比较大，并且越靠近直径两端，速度越低。由于在稀释水新型添加装置中，稀释水从进浆孔的周围注入，因此，越靠近稀释水注入点的速度越低。对比图19和图20可以发现，稀释水新型添加装置的速度大小分布相对均匀，能极大地降低发生横流的可能。

3.5 均匀混合所需的长度

由于浆料出口形状为圆形，以出口平面圆心为原点，稀释水进口的反方向为+Z轴，浆料进口的方向为+Y轴，根据右手坐标系确定+X轴。稀释水添加到浆料中要经过一段距离后才能混合均匀，因此选取其中密度变化最大的直线作为浆料与稀释水是否混合均匀的标准。从图12中可以发现，圆管添加装置中出口平面密度变化最大的直线为z=4 mm，x=y=0，以该点做一条平行于y轴的直线z=4 mm，x=0，将该直线定义为直线9；图14中可以看出，新型添加装置中密度变化最大的为z=8 mm，x=y=0，以该点做一条平行于y轴的直线z=8，x=0，将该直线定义为直线10。图21分别为直线9、直线10的浆料密度图。X轴为直线上的点到浆料进口平面的距离d，Y轴为这些点的密度。从图21可以看出，稀释水圆管添加装置在d=160 mm，即在稀释水加入点后110 mm处时密度不再发生变化，即稀释水与浆料混合均匀；而稀释水新型添加装置在d=115 mm，即在稀释水加入点65 mm处稀释水与浆料混合均匀。因此，稀释水新型添加装置的浆料总管长可以设计的比稀释水圆管添加装置要短一些。

4 结 论

4.1 稀释水圆管添加装置只使稀释水入口附近的浆料被稀释，而远离稀释水入口处的浆料并没有被稀释，导致浆料分布不均匀。而稀释水新型添加装置能有效克服稀释水圆管添加装置导致的局部浆料分布不均匀的不足，实现纸张横向的全局和局部定量分布的全面控制，使横向定量分布更均匀。

4.2 稀释水圆管添加装置中稀释水的添加改变了浆料的出口流量，使出口流量分布不均，在流浆箱中产生横流，降低了稀释水横向调节的效果。而稀释水新型添加装置能大大减少出口流量的变化，使出口流量相对均匀，能有效地避免横流的发生。

4.3 稀释水圆管添加装置中在稀释水加入点后110 mm处，稀释水与浆料混合均匀，均匀混合所需的长度较长；稀释水新型添加装置在稀释水加入点后65 mm处，稀释水与浆料混合均匀，均匀混合所需的长度较短。

参 考 文 献

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（责任编辑：吴博士）

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