盘磨机磨区内纸浆流动研究与进展

近年来我国造纸行业不断发展，节能降耗、提质增效已成为新时期的发展方向。机械制浆由于其得率高、磨浆质量好等优点而被广泛应用，盘磨机作为机械制浆的关键设备，工作过程中功率较高，耗电量极大，尤其在高浓磨浆中更为明显，也是制浆过程节能降耗重点研究的方向。
本课题从盘磨机磨区内纤维、水及水蒸气三相流体流动的角度阐述了流体的流动形式对于磨浆效果、磨盘优化及节能降耗等方面的影响；综述了国内外对于磨区内浆料流动的模拟及实验研究进展。
一、磨区三相流体流动的特征
由于磨盘的高速旋转使得磨区温度急剧升高，纤维、稀释水两相流体中的稀释水气化，形成第三相，在稳定的磨浆过程中，纤维、水及蒸汽三相流体的存在使得流动形式更加复杂，影响纤维在磨区的停留时间及流体在磨区的流向，进而影响纤维质量及磨浆能耗。
二、磨区浆料流动特征
盘磨机内浆料的流动为三维流动，包括基本流、二次流和三次流，纤维主要通过磨齿捕获进行磨浆随后释放排出磨区；定盘沟槽中的浆料存在回流情况，由于外出流动的停滞，磨区的正压梯度增加，使得定盘沟槽中浆料出现内部流动。
三、磨区浆料流动对磨浆过程的影响
1、磨区浆料的流动影响磨齿对于纤维的捕获
浆料进入磨区后，在磨齿或纤维的作用下进行磨浆，沟槽中的纤维并不能受到磨浆的作用，只有纤维从沟槽脱离进入磨区，才有可能受到设备的各种作用，达到磨浆的目的。
2、齿面浆料分布影响磨浆效果
研究表明，高浓磨浆的机理与低浓存在一定的差别，浆料的分布也存在差异，需要进一步研究。
3、浆料流动与磨盘的优化
研究表明，合理的设计磨齿齿形、布置挡坝，能够优化水力性能，降低能耗。在定盘和动盘分别设置了一定数量的挡坝，与常规磨片相比，节能达30%。
四、国内外盘磨机磨区浆料流动研究趋势
1、数值模拟研究的精确化
目前对于磨区浆料的分析，多采用水等单相牛顿流体对其进行分析，实际上磨区的纸浆为三相非连续的非牛顿流体，这样对于浆料模型的简化很可能从根本上影响模拟结果。为了更加贴切的研究浆料流动的真实情况，需要进一步研究适用于纸浆的新的流体模型。
2、低能耗磨片的开发
研究适合于不同浆种的磨齿结构，合理的设置挡坝，减少水力损失，保证浆料在磨区合理的停留时间，进而保证浆料在磨区受到合理的冲击作用，达到所需纸浆的性能。
3、数值模拟与实验研究相结合
数值模拟的出现，给现代科学研究提供了方便，单纯的数值模拟可能由于模型的简化、网格的划分等中间步骤出现失误而导致结果的不确定性，需要辅助以实验进行验证，两者各有优点，相辅相成。
4、高浓磨浆磨区浆料流动研究
高浓磨浆相比于低浓，磨区料层较厚，磨齿的冲击作用减弱，浆料之间的摩擦作用加强，其浆料流动情况必将出现差别。目前，高浓磨浆过程能耗更大，且对其磨浆过程浆料的流动研究较少，加强对高浓磨浆过程中浆料流动特性的研究，对于降低能耗、优化高浓磨盘结构、优化磨浆控制参数具有重要意义。
五、结语
盘磨机作为高得率制浆的典型设备，虽磨浆效果好，但能耗较大。随着节能减排的进一步推进，对于盘磨机磨浆机理及能耗研究的要求进一步提高。

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