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就制浆造纸各个环节的能耗而言,纸机干燥部一般是耗能最大的工段。烘缸是纸机干燥部中主要的干燥设备,烘缸干燥效率的高低对干燥部干燥效率的高低有着决定性作用。所以,提高烘缸的干燥效率对于提高生产能力、节省能源都有着极为重要的意义。
传热系数是传热过程中衡量干燥效率的一个重要参数,尤其在高速纸机下,蒸汽在纸页干燥过程中冷凝形成水环,而冷凝水的传导系数仅为烘缸壁的导热系数的1/87,冷凝水层的热阻在总热阻中占有相当的比重,它在很大程度上降低了传热系数。烘缸在高速旋转时,常用的烘缸冷凝水排除装置不能有效的排除冷凝水。基于此,本文设计一种新型多通道烘缸结构。
新型多通道烘缸结构的设计理念是:在烘缸内体上开有通道,通入烘缸内的蒸汽被限制在小通道中流过,冷凝水在高压蒸汽的推动下从通道流出。
本研究的主要成果及主要贡献表现在如下几个方面:
(1)基于FLUENT软件,采用VOF法对传统烘缸筒体内液体运动进行建模以及数值模拟。分析得出结论:重力与离心力是驱动液体运动的主要作用力,两种力的相对比值是影响液体运动状态及其分布特征的重要参数。
(2)设计新型多通道烘缸结构,对小通道形成的方案进行比较选型,最后选择在通道内开小通道的方式。基于有限元分析软件ANSYS,对设计的新型多通道烘缸进行受力分析,分析后得出烘缸整体可以满足强度要求。
(3)对新型多通道烘缸传热过程进行分析,认为多通道烘缸的传热方式为通道内强制对流传热和缸壁热传导两种类型。分析通道内强制对流传热,提出新型多通道烘缸传热系数公式并且以多通道烘缸中的一个小通道为例进行传热系数的计算。
(4)应用FLUENT软件对多通道烘缸传热进行模拟分析,得出小通道传热会出现温度分布不均现象,多通道烘缸采用叉流传热方式可以避免温度分布不均现象。