liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Simulation of the dynamics of fiber suspension flows
Mittuniversitetet, Fakulteten för naturvetenskap, teknik och medier, Institutionen för naturvetenskap. ((FSCN - Fibre Science and Communication Network))ORCID iD: 0000-0002-1503-8293
2007 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)Text
Abstract [en]

A new model for simulating non-Brownian flexible fibres suspended in a Newtonian fluid has been developed. Special attention has been given to include realistic flow conditions found in the industrial papermaking process in the key features of the model; it is the intention of the author to employ the model in simulations of the forming section of the paper machine in future studies.

The model considers inert fibres of various shapes and finite stiffness, interacting with each other through normal, frictional and lubrication forces, and with the surrounding fluid medium through hydrodynamic forces. Fibre-fluid interactions in the non-creeping flow regime are taken into account, and the two-way coupling between the solids and the fluid phase is included by enforcing momentum conservation between phases. The incompressible three-dimensional Navier-Stokes equations are employed to model the motion of the fluid medium.

The validity of the model has been tested by comparing simulation results with experimental data from the literature. It was demonstrated that the model predicts the motion of isolated fibres in shear flow over a wide range of fibre flexibilities. It was also shown that the model predicts details of the orientation distribution of multiple straight, rigid fibres in a sheared suspension. Model predictions of the viscosity and first normal stress difference were in good agreement with experimental data found in the literature. Since the model is based solely on first-principles physics, quantitative predictions could be made without any parameter fitting.

Abstract [sv]

En ny modell för simulering av rörelserna hos icke-Brownska böjliga fibrer dispergerade i en Newtonsk vätska har utvecklats. Eftersom det är författarens avsikt att modellen skall kunna tillämpas vid simulering av arkformning under de förhållanden som råder i en modern pappersmaskin, har särskilt omsorg givits till att inkludera motsvarande flödesvillkor i modellens giltighetsområde.

Modellen hanterar fibrer av varierande form, massa och styvhet, som växelverkar sinsemellan via normal-, friktions- och smörjkrafter. Deras växelverkan med den omgivande vätskan sker via hydrodynamiska krafter vid finita Reynolds-tal. Den så kallade tvåvägskopplingen mellan fibrerna och vätskefasen har tagits i beaktande genom att kräva att rörelsemängden bevaras vid interaktionen mellan faserna. Vidare har Navier-Stokes ekvationer för inkompressibla vätskor använts för att beskriva mediets rörelser.

Modellens giltighet har undersökts genom att jämföra resultat från simuleringar med experimentella data från litteraturen. Det har påvisats att modellen förutsäger rörelsen hos ensamma fibrer i ett skjuvflöde, för vitt skilda fiberflexibiliteter. Det visades också att modellen förutsäger detaljer hos fiberorienteringsdistributionen i suspensioner utsatta för skjuvflöde. Det kunde också konstateras att modellens förutsägelser av fibersuspensioners viskositet och första normalspänningsdifferens under skjuvning väl överensstämde med experimentella data i litteraturen. Kvantitativa förutsägelser har kunnat göras utan någon parameteranpassning, då modellen bygger uteslutande på väletablerade fysikaliska samband inom klassisk mekanik och strömningslära.

Place, publisher, year, edition, pages
Sundsvall: Mid Sweden University , 2007. , 29 p.
Series
, Mid Sweden University licentiate thesis, ISSN 1652-8948 ; 25
Keyword [en]
Fibre, fibre suspension, simulation, paper, papermaking, forming, fibre orientation distribution, fibre flexibility, viscosity, first normal stress difference, fluid flow, simple shear flow, two-way coupling, three-dimensional
National Category
Paper, Pulp and Fiber Technology Chemical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-125226ISBN: 978-91-85317-62-2OAI: oai:DiVA.org:liu-125226DiVA: diva2:903609
Presentation
2007-09-19, O102, O-huset, Holmgatan 10, Sundsvall, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2016-02-19 Created: 2016-02-16 Last updated: 2016-02-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Link to full text

Search in DiVA

By author/editor
Lindström, Stefan B
Paper, Pulp and Fiber TechnologyChemical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 187 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link