Evaluation of different models for flow through paper

For understanding the energy use during vacuum dewatering and through air drying process, air flow through highly complex structure of paper has been investigated. Experiments were performed for a wide range of pressure drops and basis weights. In addition the pulp samples are refined to three different beating degrees. The calculated Reynolds numbers, based on the fiber diameter, varies in a wide range between 0.0002 and 80. The majority of data at low Reynolds number (below approximately 0.2) agree rather well with Darcy‟s law, so that the air flow is proportional to the pressure drop and inversely proportional to the grammage. However, the data at high Reynolds number obtained from air flow experiments using vacuum dewatering equipment, where large amount of air sucked through the web have more news value. Different mathematical models for flow through porous media are investigated to see how well they can describe the experimental findings at high Reynolds numbers. It was found that for high Reynolds number flow, the flow rate is a unique function of the quotient of pressure drop and grammage for a specific degree of beating. It was also found that increased beating leads to a reduced air flow through the sample. However, no clear conclusion regarding the importance of compressibility and inertial forces when modeling the process could be made.För att bättre kunna beskriva energianvändning vid vakuumavvattning och genomblåsningstorkning har luftflödet genom det komplexa pappersmaterialet mätts upp för en lång rad olika tryckfall och ytvikter. Även malningens inverkan på luftflödet genom pappersstrukturen har undersökts. Reynolds tal har bestämts baserat på fiberdiametern och för de redovisade försöken varierar Reynolds tal i ett stort område mellan 0.0002 och 80. Huvuddelen av de uppmätta flödeshastigheterna vid låga Reynolds tal (upp till ungefär 0.2) stämmer relativt väl överens med Darcys lag, så att luftflödet är proportionellt mot tryckfallet och omvänt proportionellt mot ytvikten. Vid högre värden på Reynolds tal har luftflödesmätningar utförts i en utrustning konstruerad för att studera vakuumavvattning. Vid vakuumavvattning strömmar stora luftmängder genom arket och de här data har större nyhetsvärde. Olika matematiska modeller för strömning genom porösa material utvärderas avseende hur väl de beskriver de uppmätta data vid höga värden på Reynolds tal. Det visar sig att även vid höga värden på Reynolds tal är strömningshastigheten en unik funktion av kvoten mellan tryckfall och ytvikt för en specifik malgrad. Ett annat resultat är att ökad malning leder till ett minskat flöde genom arket. Det gick inte att dra några definitiva slutsatser beträffande bidraget av friktion respektive tröghetskrafter till det totala tryckfallet över arket