泡沫薄膜液在直管內的流動特性研究.pdf

1、泡沫流體在強化采油(EOR)及地下儲存溫室氣體二氧化碳方面具有很大的發(fā)展?jié)摿?。根?jù)泡沫液在多孔介質內的流動特點,本文采用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二烷基磺酸鈉(SDS)和曲拉通(TX-100)作為表面活性劑,通過自己搭建的實驗平臺分別測量了上述三種溶液的表面張力,并進一步研究了其表面張力隨濃度的變化規(guī)律,然后對泡沫薄膜液在直管內的流動特性及其影響因素進行了分析研究。
　　實驗結果表明:
　　(1)管內泡沫液流動表現(xiàn)出剪

2、切變稀的非牛頓流體的行為特征；泡沫液的表觀粘度隨著剪切速度的增加,在一定范圍內,迅速減小:泡沫是由90%以上的氣體組成,但在管直徑5.9mm,管長94cm,剪切速率為20s-1和50s-1時其表觀粘度分別為0.050Pa·s和0.038Pa·s,分別是水的50倍和38倍；當剪切速度進一步增大時,表觀粘度趨于一個定值,但其值始終大于水的表觀粘度0.001Pa·s。
　　(2)表面活性劑溶液對泡沫薄膜液的表觀粘度有比較明顯的影響,包括

3、濃度的影響和起泡劑的影響。相同剪切速度下表面活性劑溶液的濃度越大其表觀粘度越大,管直徑5.9mm,管長94cm,在剪切速率為50s-1的情況下,濃度分別為3.2g/L、4.8g/L、6.4g/L、14g/L時的表觀粘度分別為:0.021Pa·s、0.027Pa·s、0.034Pa·s、0.038Pa·s,雖然表面張力變化不大,但隨著濃度增加,管內泡沫總個數(shù)增加,故表觀粘度也增大。不同起泡劑對薄膜液流動特性也有明顯的影響,相同剪切速率下S

4、DS的表觀粘度大于SDBS的表觀粘度。在實驗條件下,剪切速率為30s-1時,SDS泡沫的表觀粘度為0.10Pa·s大于SDBS的表觀粘度,兩者相差大約0.05Pa·s。
　　(3)氣體內在相對流動阻力特性影響。在相同的剪切速率下,二氧化碳作為內在相得到的泡沫流體比空氣的表觀粘度小,是由于二氧化碳溶解在溶液中對流體的起泡特性產(chǎn)生了影響。在剪切速率為15s-1時,二氧化碳表觀粘度為0.10Pa·s,比空氣為內在相時小0.04Pa·s。

5、
　　(4)相同的表面活性劑溶液在不同的管徑中表現(xiàn)出了不同的流動特性:在相同的剪切速率下,隨著管徑的增大,表觀粘度值增大。
　　(5)壓降組成分析,以總壓差為850Pa的數(shù)據(jù)為例,其中由重力引起的壓差為:11.05Pa；附面層引起的壓降為:67.56Pa,大約占總壓差的10%左右；由可視化分析得出由表面張力引起的壓差為:724.80Pa。分析說明泡沫薄膜液的流動阻力主要來自于表面張力,但附面層引起的壓差也不可忽略。分析中存在

6、46.59Pa的壓力差,小于總壓差的6%。
　　(6)綜合各種影響因素對泡沫薄膜液在管內的流動特性進行了無量綱化分析,并與現(xiàn)有的理論進行了對比。在實驗范圍內(0.01＜μU/s＜0.06),泡沫薄膜液的流動特性符合方程△P=4.08(3μu/σ)0.45σ/r。與Bretherton的模型相比,總體符合較好。由于Bretherton的理論僅適用于μU/s小于0.01的范圍,因此實驗結果對研究較高剪切速率下的泡沫液流動具有一定的指導

7、意義。無量綱化之后的量與量綱單位無關,對于指導泡沫薄膜液在實際中的應用更具普遍性和廣泛性。
　　(7)將薄膜液作為單相非牛頓流,利用冪律流體本構方程建立模型,用FLUENT軟件模擬了不同入口速度下管道沿程壓力變化曲線。結果表明:隨著流體速度的增大,管道進出口的壓力差先逐漸增大,后趨于平緩,顯示出剪切變稀的特性；計算結果與實驗結果數(shù)據(jù)及趨勢均一致,驗證了計算和假設的正確性。
　　(8)對實驗數(shù)據(jù)進行了誤差分析,得出表面張力的最