表面活性剂对突扩和突缩管流水动力学特性的影响.pdf

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1、分类号密级表面活性剂对突扩和突缩管流水动力学特性的影响研究生姓名：段传伟指导教师姓名、职称：蔡书鹏教授学科专业：机械工程研究方向：高效射流理论及应用湖南工业大学二〇一八年六月八日摘要突扩和突缩等局部阻力件的应用广泛存在于核能、石油、化工、冶金和航空等领域中。本文试图通过实验研究表面活性剂CTAB的添加对突扩和突缩管流水动力学特性的影响规律，揭示CTAB溶液流经突扩和突缩局部管件的流动机理，为合理设计突扩和突缩局部管网平台提供参考依据。本文基于流体力学理论建立起突扩和突缩管路阻力试验平台，通过清水流反复实验检测实验平台的可靠性后，对两种突扩比和突缩比的管

2、路，分别以清水和三种浓度的CTAB溶液作为流体，研究了突扩和突缩管流的压力分布特性、最大压力恢复长度、阻力发展特性以及局部阻力系数变化规律。通过清水流的实验结果发现，紧靠突扩和突缩附近各孔位压力分布基本不随雷诺数的变化而改变；对于突扩下游最大压力恢复长度亦不随雷诺数的变化改变；突扩和突缩下游压力分布曲线随雷诺数的增大而逐渐“上翘”，局部阻力系数基本与经验值相一致，为一常数。通过CTAB溶液的实验结果发现，CTAB溶液的突扩和突缩管流流动特性与浓度和临界雷诺数有一定关系；CTAB的加入，大大延长了下游阻力发展长度，使下游压力分布曲线先上翘，接近细管临界雷

3、诺数左右达到最高后开始随雷诺数增大而下降；各浓度下，突扩压力恢复距离在低雷诺数区长于清水流6D距离，达到一定雷诺数后基本与清水流一致。实验阻力系数变化受上下游雷诺数的综合影响；突扩局部阻力系数在低雷诺数时低于清水流呈减阻现象，最大减阻率接近20%，超过下游临界雷诺数后，阻力系数高于清水流并快速增大，呈增阻现象，而后减小并最终恢复至清水流水平；突缩实验阻力系变化与突扩相反，低雷诺数区呈现增阻现象，高雷诺数区呈现减阻现象，最大减阻率在70%左右，而后逐步恢复至溶剂水平。关键词：突扩，突缩，压力分布特性，阻力发展特性，局部阻力系数IABSTRACTTheap

4、plicationofsuddenexpansionandsuddencontractioniswidelyusedinnuclearenergy,petroleum,chemicalindustry,metallurgyandaviation.Thepaper,bysettinguptheexperimenttostudytheinfluencerulesofsurfactantadditive-CTABonthehydrauliccharacteristicsofthesuddenexpansionandsuddencontractionpipef

5、low,triestorevealstheflowmechanismofCTABsolutionflowingthroughthesuddenexpansionandsuddencontraction,whichcanbeappliedtoprovideareferenceforthereasonabledesignofthesuddenexpansionandsuddencontractionpipenetworkdragreductionplatform.Thesuddenexpansionandsuddencontractionpipeflowr

6、esistancetextplatformhasbeenestablishedbasedonfluidmechanicstheoryfirstly.Andthen,throughrepeatedwaterflowtests,thereliabilityoftheexperimentalplatformcanbecorroborated.Finally,withawaterflowandasurfactantdrag-reducingaqueousflowforthesuddenexpansionswithtwokindsofsuddenexpansio

7、nratiosandsuddencontractionswithtwokindsofsuddencontractionratiosflowfluidsrespectively,thechangeruleofpressuredistribution,therecoverydistancesofthepressure,fullydevelopeddistancesofthedownstreamflowandlocallosscoefficientforthesuddenexpansionandsuddencontractionpipeflowwasstud

8、ied.Accordingtotheexperimentalresultsofthewater