2.6纸浆浓度检测解析

（2）层流水环栓流区（b区） 当纸浆速度提高时，各纤维之 间的摩擦（连结）力增加，当 高于临界速度时，见图中DF段， 这时，各纤维之间的摩擦力就 比纤维对管壁的摩擦力大，并 且当纸浆沿管壁滑动时，其各 层纤维没有相对移动而开始成 为“活塞”。同时在内摩擦力 的作用下，在管壁－液体分界 面处发生了纤维的分离，并沿 流束中心线的方向发生放射型 的压缩而形成层流状态的水环， 该水环减小了管壁－液体之间 的摩擦力，因而使得总压力损 失减小，当然，压力减小的程 度与纤维的结构强度密切相关。
b
c
d
I H
2
6 10 纸浆流速（m/s）
（1）局部环栓流区（a区） 当纸浆流速比较低，即在临 界速度（约0.3～0.6m/s） 以下，见图中D线左侧段， 纸浆沿管道运动时的压力损 失，主要是由纸浆与管壁接 触时纸浆纤维对管壁产生的 摩擦力和纸浆纤维层之间的 摩擦力决定，并且纸浆纤维 对管壁的摩擦力比纤维各层 之间的摩擦力大。在其它条 件不变的情况下，纸浆浓度 越大，压力损失也越大。
V0
大流速 S
VC
W (b
) 图 2弯刀表面纤维层和水层的形成
V0 -管道中纸浆流速 VC -临界速度（0.3-0.6m/s）
这种流线型是伴随着 纤维对物体表面及其纤维 层之间的摩擦而发生的。 当纤维离开固定物体时， 它们混入到总的纸浆流中， 且速度恢复为V0。因此纸 浆纤维对检测元件表面产 生摩擦力，该摩擦力的大 小取决于纸浆浓度，纸浆 浓度越高，摩擦力越大。 因此，可通过测量该摩擦 力的大小来间接测量浓度。
在纸浆管道上设置一 个固定物体（如圆铁棒） 作为感测元件，如图（a） 所示，当纸浆流动时，速 度为V0的纸浆在碰到固定 物体时，前缘部分的纸浆 速度将降为零，而管道内 其余的纸浆则继续以V0速 度流动。由于纸浆特殊的 纤维结构，这些继续以V0 速度流动着的纸浆将带动 前缘速度为零的纤维沿物 体表面流动，并且使得这 部分纤维流速由零逐渐增 大。
纸浆浓度检测
纸浆浓度对造纸过程来说，是一个重 要参数，它不仅影响各个生产过程中浆料 的质量，而且直接影响到纸张成品质量的 物理标准。因此控制好各个环节的纸浆浓 度，对保证浆料和纸张的质量以及减小原 材料的消耗都极其重要。由于纸浆流体的 特殊性，一般把纸浆分为中浓（一般大于2 ％）和低浓（低于2％）。
例如，对于化学浆，压力损失与浓度的关系可由下面经验
公式表示：P
KFC V
2.5
0.15
D
1


或 C 2.5
PD KFV 0.15
式中
P 压力损失（mmH2O/100m）； C 纸浆浓度（％）； V 纸浆流速（m/s）； D 管道直径（mm）； K 常数； F 取决于纸浆种类、pH值、温度的常数。 显然，如果纸浆种类、pH值、温度、流速和管道直径 一定，可通过测量纸浆在管道中的压力损失P来测量浓 度C。
1. 中浓纸浆测量仪表一般是利用纸浆流动时 对感测元件所表现出来的压力损失与浓度 有一定的关系来测量的
2. 低浓纸浆浓度测量仪多是利用纸浆对光的 吸收、散射和透射能力与纸浆浓度有关的 特性来工作的。
一、中浓纸浆浓度的测量
为了深刻了解纸浆浓度测量的原理和 在使用时应注意的问题，以便在不同工艺 条件下正确选择纸浆浓度测量仪表，保证 测量精度。下面首先简介纸浆的流动特性 与浓度的关系，然后给出几种常用中浓纸 浆浓度测量仪表。
V=0 V0
Vc V0 (a
小流速 S
来自百度文库
) VC W 水层的 形成
大流速 S
VC
W (b )
采用上述原理组成变送器时，还要解 决好两个问题： 一是上述感测元件除了受到纸浆纤维的摩 擦力以外，还有纸浆对其产生的冲击力和 它切断运动着的纸浆纤维结构所需的剪切 力，这两种力显然与纸浆流速和纤维结构 有关，因此在测量摩擦力时要补偿掉这两 种力的影响； 二是要限制相对流速在临界速度（0.3～ 0.6m/s）以下，以保证纸浆浓度与摩擦力 间的一定关系。
因此在利用纸浆在流动过程中产生摩 擦力来测量纸浆浓度时，要把纸浆与测量 元件之间的相对流速限制在临界速度之下， 并要稳定或补偿纸浆流速、温度、浆种等 因素的影响，只有这样，才能保证纸浆浓 度和摩擦力之间的单值对应关系。这是在 设计和使用这种变送器中必须注意的问题。
2．刀式纸浆浓度变送器
V=0 Vc V0 (a 小流速 S ) VC W 水层的 形成
大量实验证明，尽 管不同浆料的压力损失 不同，但曲线的形状有 近似性。从图中曲线可 见，在一定的流速范围 内，存在压力损失的最 大值D，最小值F，与水 在同一流动条件下的压 力损失相比，又有交点 H和压力衰减点I。为了 研究方便，根据纸浆流 速可分成四个区域：
压损（mmH2O） a 20 3.41% 2.47% 3 2 1 0.5 0.2 0.1 0.2 1.27% 0.67% D F 水 0.5 1
（3）湍流和减阻区（c、 d区） 在通常纸浆流速 （约2m/s以下）时，水 环运动具有分层特征， 但当纸浆流速继续提高 时，其运动就成为湍流， 压力损失增大，见图中 FH段。尤其到了HI段， 纸浆变为混流或完全湍 流状态，其压力损失更 为增大。
由上述纸浆的流动特性可以看出，当纸 浆与固体（管道或测量元件）之间的相对 流速小于临界速度时，它们之间产生的摩 擦力（压力损失）主要由纸浆浓度决定， 同时与纸浆流速、浆种、pH值和温度等因 素有关。 但当它们之间的相对速度大于临界速 度时，由于水环和湍流的产生，摩擦力与 浓度之间的关系较为复杂，具有不确定性。

由于纸浆是液态水、固态纤维和气态空气组 成的三相非均匀悬浮液。其流动特性受到诸如浓 度、纤维种类、打浆度、填料量、流速、温度等 多种因素影响，比较复杂。从大量的实验结果分 析，纸浆的流动特性可定性描述如下： 由于纸浆特有的网状物性质， 当纸浆运动流 经固体物质（如管壁、转子、搅拌器等）表面时， 固体表面对纸浆运动会产生明显的阻力使纸浆产 生压力损失。例如，下图所示的是四种不同浓度 的未漂硫酸盐浆，在100m管道中流动实验所得的 压力损失曲线。