Jaksollisen paineiskun synty konesihdissä

Abstract

Tässä työssä on tutkittu paperikoneen perälaatikon syöttöputkistoon sijoitettujen painesihtien eli konesihtien aiheuttamia paineiskuja. Näiden jaksollisten paineiskujen on todettu kulkeutuvan perälaatikkoon asti, missä niiden sisältämä energia muuttuu huulisuihkun nopeusvaihteluiksi. Huulisuihkun nopeusvaihtelut puolestaan aiheuttavat aaltoilua viiralla olevassa sulpussa ja tämän seurauksena syntyy paperiin haitallisia pintapainon vaihteluita. Paineenvaihtelun syitä tutkittaessa keskityttiin konesihdin sihtilieriön ja puhdistussiiven välisessä tilassa tapahtuvaan paineenvaihteluun, koska sen on todettu olevan merkittävin paineiskuja aiheuttava tekijä. Painejakauma tässä tilassa saatiin laskemalla virtauskenttädifferenssimenetelmään perustuvalla tietokoneohjelmalla. Ohjelmaa on kehitetty useissa Tampereen teknillisen korkeakoulun lämpötekniikan laitoksella tehdyissä diplomitöissä ja se perustuu Patankarin ja Spaldingin luomaan teoriaan. Ohjelma ratkaisee Navier-Stokesin osittaisdifferentiaaliyhtälöt kaksidimensioisessa tapauksessa, kun käytetään rajakerrosyksinkertaistuksia. Turbulenttinen viskositeetti lasketaan käyttäen k-epsilon-mallia. Siinä muodostetaan osittaisdifferentiaaliyhtälöt turbulenssin kineettiselle energialle ja sen vaimenemiselle. Laskennan tarkkuuden selvittämiseksi ja tarvittavien vakioiden määrittämiseksi suoritettiin kokeita, joista konesihtiä ajettiin useilla eri tilavuusvirran ja siiven nopeuden arvoilla käyttäen väliaineena vettä ja sulppua sekä eri tyyppisiä siivikoita. Näiden kokeiden aikana mitattiin paineita useasta paikasta sihdin sisältä ja sen lisäksi sihtiin kytketyistä syöttö- ja akseptiputkista. Työn tuloksena on saatu tietokoneohjelma, jota pystytään käyttämään apuvälineenä suunniteltaessa puhdistussiipeä, jonka aiheuttamat paineiskut ovat mahdollisimman pienet puhdistustehon kärsimättä. Tämän lisäksi on mittausten tuloksena saatu tietoa virtauksista sihdin sisällä sekä paineiskun kulkeutumisesta siiven ja sihtilieriön välistä paperikoneen putkistoon. Tämän tiedon avulla on mahdollista parantaa sihdin rakennetta niin, että paineiskut pienenevät ja kapasiteetti kasvaa. /Kir09