基于Fluent的压力筛内部纸浆悬浮液流场的数值模拟开题报告

1. 研究目的与意义

压力式筛浆机简称压力筛，是目前较为先讲的筛浆设备，其主要特征是密封管路，压力进浆。压力筛一般有粗筛选和精筛选之分。按加工方法可分波形筛和棒筛。按浆流可分为内流式压力筛和外流式压力筛。20 世纪80 年代以来, 压力筛筛选技术得到迅速发展, 尤其是波形筛板的开发和筛选理论的发展, 不仅使筛选浓度和生产能力提高, 而且筛选能耗低、筛选效率高、纤维损失少、纸浆质量好。

目前压力筛已逐渐扩大应用到各种浆料以及废纸制浆。压力筛开始用于造纸机前的精选。目前逐渐扩展到浆料筛选工段，一般采用多个粗筛、精筛等组成的多段筛选系统。其原理是：浆料以较高的压力由切线方向进入筛浆机内，合格纤维依靠筛鼓内外的压力差及筛孔尺寸的限制通过筛孔。筛内充满浆料，进出管路均密封，筛内压力差较大。转子的作用主要通过其叶片（旋翼）的旋转产生瞬间压力脉冲对筛板进行高效净化。现代造纸业中，压力筛已是不可缺少的重要筛选设备。无论是化学浆中未蒸解组分、树皮颗粒、机械浆中纤维束的去除，还是废纸中石蜡、沥青及一些成分不明的胶粘物的去除，压力筛均扮演了重要角色。

该研究的目的：在全面、系统地应用学生所学习的制浆造纸工艺和设备等专业知识同时通过研究废纸制浆生产过程，进一步分析压力筛结构和运行条件对于浆料的筛选工作机理，进而利用fluent软件可以对压力筛的筛浆过程进行模拟仿真，为设计改进筛浆设备提供实际的理论依据，同时可以降低生产试验成本。实现了对已学科目知识系统的复习巩固，同时提高了自身的研究能力，也为学生以后的工作打下了坚实的基础。

2. 国内外研究现状分析

当今在制浆造纸生产线包括废纸处理流程中使用的筛绝大部分为压力筛。压力筛筛板形式、通过筛板的浆流流向、转子设计形式、转子速度、转子和筛板之间的间隙以及通过筛板开口的压降和速度等均根据杂质的类型、大小、浆料种类、浓度等来决定。压力筛从国外引进的种类很多, 有根据浆料流向分内流式及外流式, 浆料浓度分高浓及低浓压力筛; 其转子的形式也有许多,有宽旋翼转子、鼓泡型转子、梯级型转子、S 型转子、锥型转子及多叶片型转子等。筛板形式分平筛板及波纹筛板, 现国内广泛采用波纹筛板。按压力筛使用位置压力筛可分为：（1）用于粗筛选 在废纸处理系统中使用在高浓除渣器之后（去除重杂质后），一般用孔筛，即PH，随浆种和筛孔来确定操作浓度，一般为1%-4%，筛框的使用寿命2年左右。粗筛的排渣率为流量的10%-20%，重量的15%-35%，粗筛孔径为1.6-2.5mm，筛板厚度5mm。（2）用于精筛选 在废纸处理系统中使用在粗筛选后，一般使用缝筛 ，即PS，随浆种和缝宽不同来确定操作浓度0.8-1.2%，筛框的筛缝尺寸SLOT=0.15-0.35，依浆的质量要求而定，筛框使用寿命为6-10个月，最长使用一年。精筛的排渣流量为流量的7-17%，重量的10-25%。

目前国外压力筛研究重点已有整体设备转向单个部件的方向，如国外筛浆机从最初采用的干扰条筛板到最新的波纹筛板，波纹筛板的工艺已较为成熟。同国外的筛选设备相比, 国产筛选设备如: 高浓压力筛、复式纤维分离机应该是可以的, 虽然有一定差距, 但同国外水平比较接近, 而对于细筛, 相对国产的能力较小, 转子形式没有国外那样多, 筛板的加工问题有待解决。目前，国内废纸处理设备大型成套、核心技术仍然依赖进口，引进消化吸收再创新能力较差，单机产能、能耗、可靠性等方面与国际先进水平相比仍有较大差距。国内压力筛生产厂商缺少设备研究的理论基础，一味地模仿修改，盲目跟从，但是由于缺少设备研究的相关理论基础，最终只能是东效施顰。唯有拥有自主产权的研究理论基础才能弥补造纸企业废纸处理装备在基础研究和应用研究方面的不足。本论文正式利用FLUENT做模拟实验，为设计改进筛浆设备提供实际的理论依据。

流场的数值模拟方法，是七十年代以来现代数字计算机、数值分析学、计算流体力学等学科最新发展的结果。这种模拟是基于计算流体力学的原理，建立各种复杂条件下的基本守恒方程组，确定适用的模型加以封闭，用数值方法直接求解这些非线性联立的偏微分方程组，从而可得到整个流场中各变量的时空分布。七十年代，计算流体力学和计算传热学得到了很大的发展。1982年，Boysan,Ayers withenbanks首次次将CFD技术用于模拟旋风分离器的气相流场。目前己出现了多种用于模拟旋涡流动的湍流模型。国内对造纸相关设备模拟的例子有：赖艳平、赖唯、卢晓江、范树礼做的：圆柱型水力旋流器筛分纸浆纤维的数值模拟和实验研究。

3. 研究的基本内容与计划

研究阶段	研究内容	时间
第一阶段开题阶段	首先写好开题报告，搜集资料。开始研究废纸制浆生产过程，进一步分析压力筛结构和运行条件对于浆料的筛选工作机理。	（从2月21日开始）两周
第二阶段：论文编写及研究	考察压力筛内部纸浆悬浮液流场，选出最适合压力筛的数值模拟的算法，包括计算域网格的划分、理论模型的选择、数值计算方法的选择等。 顺序为： 建立模型数值求解结果分析与讨论	（3.075.15） 十周
第三阶段：论文整理	利用FLUENT软件可以对压力筛的筛浆过程进行模拟仿真的结果和相关资料，整理出论文。	两周
第四阶段：推敲、修改、答辩	推敲、修改论文，参加答辩。	一周
第五阶段：最终完善文稿	最终完善文稿

4. 研究创新点