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1、第17卷(总第102期)热能动力工程2002年11月文章编号:1001-2060(2002)06-0585204低浓度CTAC减阻流体流动性能试验研究许 鹏,王德忠,扈黎光,周浩军(上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200030)摘 要:通过对CTAC溶液的减阻性能的测量,得到了CTAC减阻性能的影响进行试验研究,同时对流体的速度溶液的减阻性能随伴随盐浓度变化的特性。研究结果表明,场进行了初步的探讨,认为在主流方向上存在低频即使对同种减阻方式,减阻也存在极限和优选。同时,应用激周期运动[4]。由于其工作主要集中
2、在中高浓度的光相位多普勒测速仪进行减阻流体的湍流特性试验研究,得-6-6),而试验证CTAC溶液(如170×10和800×10到了50种工况下流体的速度脉动曲线。研究还发现,减阻流明低浓度的CTAC溶液也是可以取得令人满意的减体的横向和轴向速度脉动及雷诺应力明显小于牛顿流体;减[5]阻效果,而且更经济。本试验在二维流道中对稀阻流体的轴向和横向速度脉动之间的关联被明显抑制。CTAC溶液的减阻性能随伴盐———水杨酸钠(NaSal)关键词:减阻流体;湍流结构;表面活性剂溶液;相位多的浓度变化情况进行更细致的试验研究;并用
3、相位普勒测速仪多普勒测速仪(PhaseDopplerAnemometry,PDA)测量中图分类号:O351文献标识码:A二维流道中减阻流体的速度曲线,以进一步的探索减阻流体的流动结构。1 前 言2 试验装置与过程[1]1948年,Toms发现在湍流内流的有机溶液中,溶解少量的聚甲基丙烯酸甲酯,其阻力大幅下本试验台采用开放式闭路循环系统,见图1。降。这种现象后来被称为Toms效应或减阻效应。减阻效应使添加减阻剂后的流体在传送过程中的阻力大幅减小;同时由于减阻流体的传热性能变差,减少了沿程散热损失。因此减阻流体在区域制
4、冷、供暖等系统中具有广阔的工业应用前景。以往减阻添加剂的研究主要集中在高分子聚合物上,但其易机械降解的缺点使之在工业应用中受到制约。近年来,表面活性剂由于具有良好的机械、化学、光和热稳定性,而受到人们日益广泛的关注;且其溶液减阻效应的产生、消失是可逆的,因而具有较大的工业应用前景。表面活性剂的加入使溶液变成了非牛顿流体,图1 试验台系统图溶液的性质发生了较大变化。对减阻流体减阻机理的研究,对有效控制和利用减阻效应有很大的理论透明有机玻璃流道作为测试段,其横断面为20和实用价值。近年来,国外对减阻流体的研究十分mm×
5、250mm的矩形,目的在于保证流道的长宽比活跃[2～3],主要集中在减阻流体的流动方面。国内大于10,以模拟二维流场。试验中差压变送器(CECC-530)的精度为0.5%,取压孔相距2.98m;也相继开展了这方面的工作,如:上海交通大学等对涡轮流量传感器(LWGY-80A)精度为0.5%,分度温度、浓度、配比变化对氯化十六烷基三甲基季铵盐号为Pt100热电阻温度传感器测量温度,其精度可(CetyltrimethylAmmoniumChloride,CTAC)减阻流体的收稿日期:2002205208;修订日期:200
6、2207229基金项目:国家自然科学基金资助项目(59976021);教育部重点基金资助项目(02098)作者简介:许 鹏(1978-),男,山东荣城人,上海交通大学硕士研究生.©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·586·热能动力工程2002年-1/21/2以达到±0.1℃。f=19.0logRef-32.4(8)距入口3.6m处的速度分布应用PDA系统进f1-f2DR%=×100%(9)行测量,该系统由氩离子激光器、光学探
7、头、DualPDAf1信号处理器等部件组成。光学探头固定在坐标架式中:DR%为减阻率;f1为牛顿流体的摩擦阻力系数;f2为减阻流体的摩擦阻力系数。上,坐标架可以在3个方向上运动,定位精度可达0.025mm,这样就能够测量垂直于主流流动方向(即y方向)上的运动结构。信号的获取采用的是后向接收方式。3 性能试验结果分析讨论3.1 性能试验原理当流动处于充分发展紊流时,对牛顿流体和非牛顿流体,均用式(1)来计算平均壁面剪切应力,即ΔPHWτw=(1)2L(H+W)式中:τw为壁面剪切应力;ΔP为试验测得的差压;H图2 减
8、阻流体减阻性能曲线是流道高度;W是流道宽度;L是两个取压孔之间的距离。无量纲阻力系数(Fanning系数)由式(2)计算:τwf=(2)12ρUb2式中:f为摩擦阻力系数;ρ为溶剂的密度;由于本试验使用的CTAC溶液为极稀溶液,因此在进行数据处理时使用溶剂的物性参数;Ub为主流速度。+文中涉及的y为无量纲坐标,公式为:3+y×uy=(3)v图3 减阻率变化曲
