Note publique d'information : L'évolution des machines à papier pour obtenir des qualités de papier supérieures
a fait évoluer les équipements papetiers en complexité et en précision. L'injecteur
hydraulique de pâte à papier, appelé caisse de tête dans l'industrie, n'a pas échappé
à cette règle. Nous avons analysé chaque partie constituant une caisse de tête, en
nous basant sur des observations et mesures directes quand les conditions le permettaient,
ou sinon grâce à des simulations numériques, pour répondre à des questions essentielles
relatives à l'utilité et au dimensionnement de chaque partie d'une caisse de tête
moderne. Pour cela, deux approches ont été retenues : la première est l'étude hydrodynamique
de la suspension circulant dans chaque élément, surtout en termes d'´echelle et intensité
de turbulence ; la deuxième est l'analyse de la réaction de la pâte à cette énergie.
Nous avons remarqué que l'eau peut être utilisée au lieu d'une suspension fibreuse
pour établir les paramètres de dimensionnement. Finalement, nous avons étudié les
paramêtres géométriques de la buse terminale d'une caisse de tête pour donner des
solutions alternatives aux méthodes actuelles servant au contrôe du jet. Nous avons
démontré que les modèles existants pour caractériser le jet ne sont pas toujours applicables
aux caisses de tête modernes et avons observé qu'aucune solution alternative n'est
proposée actuellement pour calculer correctement l'angle et le coefficient de contraction
du jet. Nous avons montré que le calcul de l'angle du jet est possible pour tout type
de géométrie et avons mis en évidence la position de la veine contractée. Nous avons
aussi montré que l'utilisation d'un double convergent peut modifier significativement
l'angle de jet et cela devrait être pris en compte.
Note publique d'information : The evolution of paper machines in order to get better paper grades at faster production
rates imposed paper mills to operate more complex systems and gain in precision. The
hydraulic injector which delivers the pulp onto a paper fabric, commonly called headbox,
has not escaped from this evolution. In this work a detailed analysis and simulation
of each part of a headbox was made. From these simulations and whenever possible from
experimental observations and measurements, some basic questions were tried to be
answered, like the need of each part in a modern papermaking operation. Two different
approaches were chosen, firstly a hydrodynamical study of the pulp flowing inside
the different parts, focusing especially on turbulence scales and intensities and,
secondly, the reaction of this pulp to the applied energy. It was observed that water
can be used to reasonably predict the behaviour of a weak consistency pulp suspension
for most of the important design parameters. The geometrical parameters of a headbox
were also studied in order to provide alternative methods for jet control. Indeed
the jet geometrical characteristics are important variables for paper production.
Most of the time miscalculated by old methods, no modern solutions were proposed to
get a detailed jet angle and contraction coefficient. We have shown in this work that
a detailed solution for any nozzle geometry can be computed. The location of the vena
contracta is also possible with the proposed method. It was also shown that the real
nozzle geometry used normally in a modern headbox with a double convergent configuration,
may considerably modify the jet angle.