湍流發生器是離心式中濃紙漿泵的關鍵部件，其作用是使紙漿實現流體化并進行氣液分離。本文提出一種采用等螺距和變螺距相結合的葉片型線的湍流發生器，推導了其型線方程。為了驗證新設計葉片型線湍流發生器的性能，設計了4 種不同葉片型線的湍流發生器。基于CFX 軟件，采用Eeulerian 氣液兩相流模型和RNG k - ε 湍流模型，模擬了不同葉片型線的湍流發生器中濃紙漿懸浮液的三維流場，預測了水力性能和氣液分離效果，分析了不同葉片型線對湍流發生器性能的影響。結果表明，采用等螺距和變螺距相結合的葉片型線的湍流發生器具有較好的水力性能和氣液分離效果。該模型在生產實際中得到了應用。

1、前言

　　中濃紙漿懸浮液由于含有大量的纖維，導致其喪失流動性。湍流發生器是離心式中濃紙漿泵的關鍵部件，其作用是使紙漿實現流體化并進行氣液分離。湍流發生器通過高速旋轉，在葉片邊緣處對紙漿纖維施加高強剪切力使纖維網格分散，從而使紙漿懸浮液表現出類似于水的流動特性，即使中濃紙漿流體化。湍流發生器的性能直接影響到整臺泵的性能。離心式中濃漿泵結構如圖1 所示。

圖1 中濃漿泵結構示意

　　國內外學者對中濃漿泵及湍流發生器進行了大量研究。芬蘭的Gullichsen 等( 1981) 通過試驗總結出纖維網絡完全分散，紙漿進入完全湍流狀態的臨界點，即中濃紙漿的流體化點。RewatkarV. B. 等( 2000) 得出部分種類的紙漿在攪拌作用下的功率耗散和功率準數等數據。華南理工大學陳奇峰等( 1997 ～ 2004) 對中濃紙漿懸浮液的流動特性進行了試驗研究，測量了不同種類紙漿產生流體化所需臨界剪切應力，并計算出實現流體化時單位體積紙漿懸浮液的能量耗散。王艷艷等( 2006) 對中濃紙漿的流體動力學特性進行了分析研究，確定了流體化的臨界條件; 并對中高濃紙漿泵湍流發生器進行了設計和驗證，確定結構形式和尺寸。耿偉浩等對帶湍流發生器的中濃漿泵進行了真漿試驗，表明三爪式湍流發生器具有良好的“流體化”效果。耿偉浩等( 2008) 對2 種常見的湍流發生器的結構進行分析和數值模擬，并根據模擬結果分析表明三爪式湍流發生器下的流場具有較好的湍流特性和氣液分離效果，并初步總結出各結構尺寸的計算公式。陳奇峰等( 2009) 在流態化研究的基礎上，以氣- 液兩相流歐拉模型及基于雷諾時均法的混合湍流模型對10% 紙漿懸浮液的流態化過程進行了CFD 模擬，并以溫度的變化分布來反映湍流均勻度，結果與試驗吻合較好。湍流發生器結構形式多樣，各具特色，目前還未見一致公認的優秀結構形式，對葉片型線及其方程的研究較少。

　　本文以中濃漿泵湍流發生器為研究對象，推導湍流發生器葉片型線方程，提出一種新型線，設計4 種湍流發生器。采用RNG k-ε 湍流模型和歐拉氣液兩相流模型對湍流發生器流場進行數值模擬。通過分析湍流發生器水力性能和氣液分離效果，確定最優湍流發生器葉片型線方案方案。

7、結論

　　( 1) 湍流發生器的葉片型線決定了湍流發生器的葉片形狀，直接影響到湍流發生器的水力性能和氣液分離效果。采用一種等螺距和變螺距相結合的型線設計湍流發生器，建立葉片型線方程，確定葉片進出口安放角的選擇范圍;

　　( 2) 通過4 種不同型線，即等螺距和變螺距型線結合、全變螺距、全等螺距等型線方法設計湍流發生器。通過數值模擬發現，采用等螺距和變螺距相結合的葉片型線，揚程較高，功率曲線平緩，水力效率高，氣體氣液分離效果較好，綜合性能最佳。該模型在實際生產中得到采用。