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制浆造纸原理与工程 纸料流送测试系统 华南理工何北海.pdf
第一章
纸料的流体和
造纸湿部化学特性
何北海
第二节
纸浆纤维悬浮液的
流体力学特性
一、纸料悬浮液的流动状态
和流动特性曲线
纸浆纤维悬浮液是一种气、固、液的
三相共存的复杂流体。当其纤维浓度超过
临界浓度后,其流动特性开始与水产生差
异;而当浓度超过一定量(0.1%)时,其
流动特性与水等典型的牛顿型流体有较大
的差别,因此基于牛顿流体导出的一系列
方程均不适用于纸浆纤维悬浮液。
纸浆的浓度
纸浆纤维悬浮液的流体特性与纤维
的固含量有很大的关系。
从纸浆输送的角度,可将纸浆按其
纤维的固含量分为低浓、中浓和高浓纤
维悬浮液。一般认为
低浓的范围在8%以下,
中浓的范围在8%--20%,
20%以上称为高浓。
而在纸页成形的领域,一般将纤维
浓度1.5%以下的传统成形称为低浓成
形,而将浓度在1.5%以上的成形称为高
浓成形。本节中讨论所涉及的浓度范围
以纸浆输送的标准进行划分。
(一)纸料悬浮液的流动状态
纸料悬浮液的流动状态可以分为三种
塞流—
混流—
湍流—
纸料的三种流动状态
塞流—
流速较低,纤维相互交织形成网络塞
体;网络与管壁之间存在一层很薄的水
膜(水环);纤维间无相对运动,纤维
网络像塞子一样整体滑移运动。
纸料的三种流动状态
混流—
随着流速增加,网络塞体表面的纤维逐
渐分散进入水环流,水环厚度逐步增大。
该阶段的流动状态经历了从清晰的塞流
到网络塞体的逐步瓦解的过渡,称为混
流。
纸料的三种流动状态
湍流—
流速进一步增加,整个网络塞体全部瓦
解,纤维完全分散,相互间有相对运动。
由塞流转变为混流称为临界流速的下限
由混流转变为湍流称为临界流速的上限
注意:
临界流速与纸料悬浮液的许多因素
有关,如浆料硬度、打浆度和纸浆浓度
等,其中浓度是主要影响因素。
浓度越高,临界流速的上下限流
速就越大。
当浓度超过7%后,要使纸浆处于
湍流状态,必须施加很大的能量(如流
体化技术)
(二)纸料悬浮液的流动特性曲线
各阶段分析
A-B-C:
塞流阶段。到达C点后,塞体外水环形成。
C-D:
有连续水环的塞流阶段。到达D点后,水环增
厚,开始进入混流。流阻降低?
D-H:混流阶段。到达H点后,开始形成湍流。
H-F:湍流阶段。剪切作用加剧,网络受到破
环,到达F点后,网络完全解体,进入完全湍
流阶段。减阻现象?
低浓纸浆流阻(压力降)曲线
纸浆流阻测试实验系统
二、流动曲线的主要影响因素
(一)流速
纸料悬浮液的流速是
其流动状态的决定因
素。一般来说,流速
增加则流阻增加,但
其中也有部分反常现
象,如图1-1-2的C-D
段。
二、流动曲线的主要影响因素
(二)浓度
纸料悬浮液
的浓度增高,压头
损失增大。但到达
D区后(H点后),
压头损失比水小,
而浓度影响减小。
二、流动曲线的主要影响因素
(三)纤维物化特性
纤维长度
纤维柔软度
原料种类
制浆方法
拓展:纤维柔软度的动态测量
90年代初,
加拿大多伦多大学
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