纸料悬浮液的流动特性曲线与流动状态

纸料悬浮液是由固相的纤维、液相的水和气相的空气组成，是一种三相同时存在的复杂体系，其流动特性随着纸料浓度和流速等因素的不同而不断变化，流动机理复杂，影响因素较多。一般将纸料悬浮液按其固含量高低分为低浓、中浓和高浓3种，从纸料输送的角度来说，7%以下的为低浓，7%～15%为中浓，15%以上为高浓。

1. 纸料悬浮液的流动状态

纸料悬浮液的流动可分为塞流、混流和湍流3种基本流动状态。流速不大时，纤维相互交织的网络就成为连带的整体，叫网络塞体；网络与管壁之间存在着一层很薄的水膜，叫水环；纤维之间观察不出有相对运动，整个网络像塞子一样向前滑移，这种流动状态称为塞流，具有稳体性。随着流速的增加，管壁的剪切力破坏了网络塞体的稳定性，其表面的纤维逐渐分散而进入水环流，水环厚度增大，网络塞体变小，这个流动区间类似于水流的过渡流，称为混流。当流速足够大时，剪切力足以克服网络内的摩擦力，整个网络彻底分散，纸料中各个质点的速度不同，纤维的运动杂乱无章，此时纸料的流动状态称为湍流，如图4-2所示。由塞流转变为混流和由混流转变为湍流的转折点所需的流速分别为上下临界流速，其大小与纸料的浓度和性质（浆料种类、硬度、打浆度等）有关，但纸料浓度是决定上下临界流速的主要因素，纸料浓度越高，上下临界流速就越大。

2. 纸料悬浮液的流动特性曲线

纸料悬浮液的流动特性曲线是指纸料的流速v（m/s）和流动压力损失值 Δh_L（m/100m）相互关系的曲线。其中v为横坐标，是指管道截面的平均流速，压头损失Δh_L为纵坐标，采用对数坐标绘制，如图4-3所示。纸料悬浮液的流动压头损失主要是外摩擦（纸料与管壁之间的摩擦）和内摩擦（纤维与纤维之间的摩擦）所引起的，这些摩擦均会造成能量损失。(www.xing528.com)

图4-2 纸料悬浮液的3种流动状态

图4-3 纸料悬浮液的流动特性曲线

图4-3中曲线的AB段是纤维网络塞体与管壁直接接触的塞流，网络塞流充满整个管子，故流速较大时的稳定流动与流速较小时相比，其压头损失变化较小。到曲线的BC段，就会出现水力剪切力和网络塞体与管壁相互作用结合的塞体，既有网络塞体与管壁的直接接触，也有部分区域形成了很薄的水环。水环的厚度是流速与浓度的函数。由于流速增加，在这一段流动区间内还发现，在网络表面凸出来的纤维受到剪切力作用而脱离网络，并在水环内滚动。由于流动剪切对纤维网络产生挤压作用，加上纤维或絮聚物沿网络表面运动并发生偏转，从而在网络与管壁之间形成连续的水环。在曲线C点，纸料流动时，网络塞体表面已形成了连续的水环，塞体表面与管壁不再接触。实验证明，提高纤维的柔软性，能在较低流速的情况下出现C点。相对于粗糙管来说，光滑管可取得较低流速的C点。从C点开始，就出现具有连续水环的塞流。曲线CD段的特点是随着流动速度的增加，其压头损失反而下降，出现所谓的“减阻现象”。到了曲线的D点，已经形成了稳定的水环流，并且水环流出现了湍动，于是纤维塞体中的悬浮纤维在剪切力等的作用下被拨出而进入水环之中，即水环中有纤维，并逐渐增多，而纤维又对管壁产生摩擦损失，所以随着水环中纤维越来越多，则压头损失又回升。从E点开始，网络表面开始受剪切力破坏，直径逐渐缩小，水环成为水-纤维环并与相同流动条件下的水流比较，出现压头损失减少现象，一直到曲线的F点，纸料的流动都处于混流状态。到了F点，纤维网络完全瓦解分散，整个流动处于完全湍流状态。