邊界層注入減阻劑湍流減阻特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、當(dāng)流體流過(guò)物體表面時(shí)由于表面摩擦力的作用將產(chǎn)生大量的能源消耗，為了節(jié)約現(xiàn)有能源及減小工業(yè)成本，在工業(yè)應(yīng)用中減小流動(dòng)阻力成為一個(gè)重要的研究課題。早在近70年前Toms發(fā)現(xiàn)在水溶液中加入少量的某些高分子聚合物可以減小流動(dòng)阻力，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為T(mén)oms效應(yīng)或者添加劑減阻技術(shù)。鑒于添加劑減阻劑技術(shù)的減阻特性，目前已經(jīng)將這種技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際中。但是多數(shù)情況采用的方式為在管道內(nèi)充滿(mǎn)均勻的減阻劑溶液，考慮到經(jīng)濟(jì)性和條件的限制，有學(xué)者提出可以將減阻劑溶液注

2、入到管道中，減阻劑在運(yùn)輸過(guò)程實(shí)現(xiàn)減阻的目的。本文將從這一角度出發(fā)，設(shè)計(jì)減阻劑注入實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)對(duì)表面活性劑減阻溶液流變學(xué)性能進(jìn)行測(cè)量、槽道內(nèi)的濃度場(chǎng)和速度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，研究通過(guò)狹縫注入法在邊界層注入減阻劑湍流減阻流動(dòng)特性。實(shí)驗(yàn)中采用十六烷基三甲基氯化銨作為減阻劑。
　　首先，采用旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)表面活性劑減阻溶液進(jìn)行了流變學(xué)物性測(cè)量，發(fā)現(xiàn)較高濃度的CTAC/NaSal溶液在小剪切率下的粘度比水高很多，并且其粘度隨濃度的升高而增大，在研究的

3、剪切率范圍內(nèi)出現(xiàn)“剪切稀變”的現(xiàn)象。
　　其次，應(yīng)用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)對(duì)注入表面活性劑減阻溶液后槽道內(nèi)x-y平面的濃度場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量，定性和定量分析得到注入的減阻劑溶液在槽道內(nèi)的擴(kuò)散比水溶液慢，在槽道內(nèi)減阻劑溶液形成了濃度邊界層，并隨著向下游流動(dòng)逐漸變厚。水溶液在槽道分布相對(duì)比較均勻，然而減阻劑溶液呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性分布。
　　再次，利用粒子圖像測(cè)速技術(shù)對(duì)槽道x-y平面內(nèi)注入表面活性劑減阻溶液的速度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)湍流減阻流動(dòng)中的

4、湍流統(tǒng)計(jì)特性在基于外尺度進(jìn)行無(wú)量綱化時(shí)不同于牛頓流體，例如雷諾剪切應(yīng)力大大減小，垂直壁面方向脈動(dòng)強(qiáng)度也被大大抑制，然而平均速度分布和主流方向的脈動(dòng)強(qiáng)度與牛頓流體保持在同一水平上。除此之外，減阻流動(dòng)內(nèi)的湍渦結(jié)構(gòu)特性也不同于牛頓流體。
　　最后，研究了濃度、雷諾數(shù)、減阻劑溶液的注入率等因素對(duì)減阻特性的影響以及減阻特性沿主流向的發(fā)展過(guò)程。發(fā)現(xiàn)減阻效果隨濃度呈先增加后減小的規(guī)律；在研究雷諾數(shù)范圍內(nèi)減阻效果隨雷諾數(shù)的增加而減弱，然而對(duì)于實(shí)驗(yàn)