本论文是围绕着国家“十一五”科技支撑项目“国产高速造纸机研制”课题之一“稀释水流浆箱的研制”内容开展的,稀释水流浆箱是高速纸机的关键技术装备,其性能直接影响到造纸机的运行性能,所生产纸张的匀度,横向定量差,各种性能指标的稳定性,其主要目标是开放出纤维分散良好,流态均匀稳定,调节方便可靠横向定量差达到国际先进水平,为后面的脱水成型创造良好条件的先进稀释水流浆箱。长期以来,凡是车速较高或生产纸张质量要求较高的造纸机要么整台造纸机进口,要么最起码要进口造纸机中的流浆箱,这几乎在造纸行业行成了一种共识。究其原因,就是因为流浆箱技术开发难度大,传统的开发手段复杂,投入较大,控制水平较低。另外一个原因就是由于流浆箱机构的复杂性,其可调节和控制的手段是很少的,流浆箱一旦装配成型,就决定了其性能,同时由于其价格通常也是较高的,生产上是不能随意更换的,这就使得在设计和选用流浆箱是必须十分慎重。这些巨大的困难使得国内众多的高等院校,科研院所及生产企业长期以来都没能建立起专业有效的开发基地。流浆箱技术一直只能简单的模仿国外的技术,而难以深入地剖析其中的原理及特点。可以说,国内在流浆箱的设计、开发、生产上都落后于西方国家。本文的研究目的,正是要打破传统采用的简单地消化吸收和模仿国外技术的老路,通过收集到比较完整准确的国外同类产品的技术资料(包括引进技术资料,相关样本,专利技术),深入分析其发展历程,设计原理,技术特点,应用情况,优缺点比较,对其中主要的关键部分进行先进的数值模拟及实验研究,深入剖析国际最先进的水力式流浆箱,关键部件的性能研究,对高速流浆箱的开发提供理论上的支持,对流浆箱的设计起到重要的补充作用。其中关键部分:浆料分布元件-布浆器;浆料匀整元件-湍流生成器;和横向定量调节装置-稀释水装置是研究重点,故本论文的主要内容有如下几点:第一,根据浆料悬浮液的流体特性,纤维分散的必要条件和流态稳定的要求,详细总结了国际上流浆箱主要供应商,尤其是Beloit,Metso,voith的产品结构特点,发展历程,优缺点,适应范围,比较了主要主件(如布浆器,湍流生成器,释稀水装置,飘片型式等)的结构和参数,以Beloit公司comcept-IV流浆箱为代表,是流浆箱技术发展史上的重要标志,目前仍然是我国开发研究的主要对象之一。第二,通过对比研究和实际生产经验,确定高速纸机流浆箱的湍流生成器是十分关键的部分,应对此作重点研究。主要是应用了计算流体动力学方法,对其进行了数值仿真计算,针对不同结构形式,入口流速和几何形状,以湍流速度分布和速度压力分布作为衡量指标,评价相关因素对浆料匀整效果的影响,并在此基础上,设计制作了一套实验装置,对湍流生成器中的单元元件台阶扩散器进行激光粒子测量研究,进一步研究其流体动力学特性。研究结果表明出口形状为矩形的台阶扩散型湍流生成器,在适当的流速和结构尺寸下,其流场分布是较为均匀的,湍流强度分布也较为合理,湍动规模是可以设计的,主要决定于台阶尺寸。第三,另一个重点是稀释水装置,主要研究稀释水加入到主流浆流中对浓度和流态的影响,本研究对模型进行了建模并对其做数值仿真模拟计算,通过比较含水量来研判浓度的变化或分布,使其尽可能地达到浓度均匀分布,单点加入的稀释水影响的范围尽量可控,以提高调节横幅定量的差别,从而提高纸张的品质,研究结果表明,浓度横向分布呈正态分布关系,但通过稳流室和湍流生成器后,浆流有更好混合和均匀的浓度分布。通过对稀释水加入后对浓度分布的影响研究,初步掌握了其分布规律,对于设计稀释水调节系统,有效减少横幅定量差是很有助益的第四,针对稀释水流浆箱的要求,对其整体结构,参数设置,布浆器,台阶孔板,湍流生成器,稀释水调节装置,唇口结构,热平衡装置等进行了结构分析论述,探讨了其设计原理和设计要点,尤其是本研究针对的宽幅高速流浆箱的布浆器经典设计方法进行了详细推导,指出了其不足的地方,并提出了改进的新的设计方法。同时对稀释水加入的前后位置对浆水混合的影响,进行了理论分析,并结合国际上的成熟经验,帮助确定本研究的流浆箱的稀释水装置的结构。最后为了使研制的流浆箱上机运行成功,还设计制作了一套窄幅的流浆箱及模拟运行系统,通过试验运行观察到其喷出浆流均匀性,稳定性和扰动都符合要求,反映出了结构设计的正确,为实际运行奠定了可靠基础。第五,在分析了现有流浆箱性能评价方法的优缺点基础上,提出了新的评价方法,可以比较全面的评判其横向定量的各个指标,可以比较清晰判断流浆箱定量差的原因及位置。对横向定量差可以在准确确定位置的基础上,通过稀释水调节阀调节相应位置的流量或浓度改善定量差指标。而对于随机定量差部分,则只能更换湍流生成器等措施来改善。数值仿真及piv实验结果表明,对于复杂形状的台阶型湍流生成器,该方法是有效的,对分析其原理,流场分布,湍流特性是有帮助的,可以较好地指导湍流生成器的结构和流速参数的设计,使其满足实际的要求。通过对主要部件和稀释水装置的研究,结合对现有主要流浆箱系统的结构和功能,原理的比较分析,并通过模拟流浆箱流态观测,完善了技术。完整地开发了高速纸机稀释水流浆箱的技术资料,对国产高速造纸机及其流浆箱技术的发展产生有力的推动作用。