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BR0.05型板式换热器

加点高聚物就能让流体减阻?奇特的湍流减阻效应

来源:BR0.05型板式换热器    发布时间:2024-03-07 03:34:07

  早在19世纪,人们便观测到带着少数泥沙的河流流量要大于较为明澈的河水,船舶等行至带有藻类植物的水域其冲突阻力显着减小,许多水生生物比如小丑鱼、鲶鱼等表皮附着有粘液等现象。但因为其时流体力学、流变学等学科没有成型,此类现象未能够引起满足注重。

  后来,人们经过许多的试验研讨之后发现,将少数减阻增加剂参加至流体管路中能轻松的取得60%~80%的减阻作用,这是所谓的湍流减阻效应。它最早是Toms于1947年在调查管内活动聚合物机械降解时发现的,故又称Toms效应。1948年,在第一届世界流变学会议上Toms宣布了首篇减阻现象论文,他在论文中论述了自己的发现,即在一氯苯中参加少数聚甲基丙烯酸甲酯可使得直管中的湍流压力将显着下降。

  减阻剂的减阻机理很杂乱,其基本思想便是最大极限地阻挠湍流的爆发,即下降湍流爆发频率和强度。从20世纪50年代开端,人们就开端对减阻剂的减阻机理进行了许多研讨,提出了有用滑移假说、湍流强度按捺假说、湍流脉动解耦假说、黏弹性假说等。下面咱们来了解一下其间几个假说的主要内容:

  咱们知道,流体在管道中的活动形状分为湍流和层流两种。当流体流速较高时,简单构成湍流,发生许多的漩涡,因为湍流漩涡和管壁间的动量传递及不一样的尺度的漩涡之间的动量传递,构成能量耗费,这种能量耗费即为流体阻力发生的原因。该假说以为减阻剂的参加使得湍流旋涡的发生得到显着按捺,从而使肯定湍流强度减小,特别减小了湍流径向脉动强度,以此来下降了湍流活动的冲突因子,完成减阻。而层流不存在涡流能量耗散,故减阻剂不能在层流中起作用。该假说能够解说湍流减阻活动方面的特性,也得到了许多试验验证,但无法解说减阻过程中湍流结构也会遭到改动的现象。

  1967年,Virk等经过许多试验研讨流体流速对减阻作用的影响,终究提出了闻名的Virk渐近线(又称最大减阻渐进线或MDR)。Virk渐近线实质上对错牛顿流体层流区与非牛顿流体湍流区的分界线。该假说正是由Virk提出,主要内容为:流体中参加高聚物后,会使得粘性底层与湍流核心区之间呈现一层弹性缓冲层,湍流核心区速度曲线向上移动,即流速增大,流量也相对增加。弹性缓冲层扩大至活动中心时,到达最佳减阻作用。但其无法解说减阻剂的浓度效应,即为何减阻剂浓度超越必定值后阻力会增大。

  减阻剂中的高聚物都是线性高分子聚合物,其溶液具有黏弹性,这些高聚物溶液与湍流漩涡相互作用,吸收部分涡流能量,使其以弹功能的方式储存在高聚物溶液中,削减涡流能量耗散。减阻剂在管道内部构成弹性底层,削减流体与管壁间的冲突作用,起到减阻的作用。

  人们注重高聚物减阻的研讨,首要是因为这一技能具有很大经济价值,并有两个显着的特色:一是投入量少;二是减阻作用很显着。所以在国防、工业、交通和消防等范畴具有广泛的使用远景,特别是长距离管道运送流体,使用这一技能将大幅度的进步运输量,或节约运送动力的耗费。

  聚合物增加剂减阻因为便利完成,在许多范畴得到了广泛的使用。例如,在消防水中增加少数聚乙烯氧化物,可使消防车龙头喷出的水的扬程进步一倍以上;在医学上可拿来削减血液活动的粘性摩阻,增大血流量,以医治冠心病;在原油的运送方面,可经过该办法削减长运送管线的中心泵站,节约动力和设备,进步流量和缩短船舶的在港停靠时刻。