黄原胶溶液减阻特性实验

采用较粗水平圆管对两种温度多种浓度黄原胶溶液进行了较系统的实验研究,并应用Metzner-Reed广义雷诺数定义,对管道中不同流动状态的广义雷诺数进行了计算,得到了Fanning系数和广义雷诺数关系图,发现黄原胶溶液从层流到紊流转捩点的广义雷诺数随着溶液浓度的升高而增大,给出了转捩点广义雷诺数与溶液浓度变化的关系表达式.此外还发现:在层流区,黄原胶溶液的Fanning阻力系数与广义雷诺数之间具有良好的线性关系,与牛顿流体阻力系数图吻合,这与前人的理论分析及实验研究结果一致;在紊流区,黄原胶溶液具有明显的减阻效应,减阻效应随着溶液浓度的升高而增大.     

油品减阻剂在长输管道中的性能研究

分析了原油减阻剂的工作环境,给出了减阻剂的减阻机理及影响因素,介绍了按照行业标准自制的室内模拟环道装置中,流经不同管径的减阻剂的性能综合测试,得出了减阻率并不是随雷诺数的增大而递增或递减,而是在某一雷诺数下减阻率有最大值,并且在相同的测试条件下,减阻剂浓度越大,单位流体中含有的高分子减阻剂数量越多,经过相同的剪切作用,未被剪切的减阻剂分子越多,经过相同的剪切次数时,减阻率相较也就越高。     

超疏水性圆管湍流减阻的数值模拟

针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,使用数值模拟方法研究了超疏水性圆管内的湍流流动特性.研究表明:其流场中存在临界Re,当Re大于此临界值时,超疏水性圆管内的湍流流动表现为减阻;反之,则表现为增阻.超疏水表面无滑移壁面与自由剪切面的综合效果是导致这一现象的主要原因.     

基于低表面能效应的疏水表面减阻机理

针对疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,通过水洞实验研究了具有疏水表面航行器模型的阻力特性,获得了其减阻特性曲线,并得到了大于30%的实验室减阻效果.对疏水表面进行了表面能特性分析,认为表面组分中的-C-Si疏水基团引起了疏水表面的低表面能效应,是疏水表面具有减阻作用的直接原因.     

仿生射流表面减阻特性实验研究

基于鱼类鳃裂部位仿生射流表面理论分析,对仿生射流表面回转体进行射流实验,研究其减阻特性。运用扭矩信号耦合器,分别对光滑表面实验模型和射流表面实验模型在不同旋转速度下进行摩擦扭矩测试,得到射流减阻特性曲线。研究结果表明:仿生射流表面具有较好的减阻效果,减阻率与实验模型转速、射流速度、射流孔径有着密切关系;射流最大减阻率达到10.8%。     

防治煤炭自燃的稠化砂浆流动阻力特性实验研究

分析了稠化剂的悬砂机理,采用稠化砂浆流动性能测试系统,测试水砂比2:1(质量比)和不同流速条件下的稠化砂浆的流动阻力。实验结果表明,KDC型稠化剂的剪切稀化特性能大幅度降低稠化砂浆的流动阻力,降低了稠化砂浆输送的能耗,有利于稠化砂浆的管路输运。其减阻特性属于固液两相流中的静减阻机理,即稠化剂的加入增厚了边界层,降低了管道壁面附近的流速梯度,减少了砂粒对管道摩擦的概率,显著地降低了流动阻力。     

PAM水溶液减阻规律的研究

运用混合长度理论和 Maxwell体模型,从理论上推导出了Maxwell 体在紊流流动过程中的速度分布和摩擦阻力系数。研究表明,流体的粘弹性能引起流动阻力减小和转捩的延迟。用激光多普勒测速计(LDA)测试了聚丙烯酰胺(PAM)水溶液的紊流及减阻特性,实验结果和理论验证较吻合。     

基于流体力学理论的全尾砂浆管道输送流变性能

为研究充填料浆流变性能,利用流体力学原理,通过L型管道自流输送实验对其在管道中流动的力学特性进行了分析. 结果表明:料浆浓度、流量和管径对料浆管输阻力和充填倍线大小的作用程度不同,其中料浆浓度影响尤为显著. 在能够实现自流输送的充填倍线合理条件下,采场充填时,当结合充填能力确定流量和管径后,可通过充填站调节制浆浓度以使充填材料在管道输送、采场中沉降、抗离析、脱排水、固结硬化和力学性能等方面表现良好.     

细薄肋型减阻沟纹湍流减阻特性的实验研究

对减阻沟纹的形状,尤其是肋峰厚度进行了进一步优化,提出了一种由极薄的肋峰组成的细薄肋型减阻沟纹(thinbladeriblets,简称TBR);成功地制作了TBR减阻薄膜,并对其管内减阻特性进行了实验,得到了8%的减阻效果.该实验为TBR型减阻沟纹在工程实际中的应用奠定了基础.     

仿生射流表面流场控制减阻数值模拟

利用SST k-ω湍流模型对仿生矩形射流表面的减阻特性进行数值模拟,解释了射流表面减小摩擦阻力的原因及对近壁区边界层的控制行为.结果表明,射流孔面积相等时,射流孔与射流表面沿展向长度的比值越大,减阻效果越好.当其它因素不变时,随着射流速度的增大减阻率逐渐增大,随着射流流量的增大减阻率逐渐增大,最大减阻率为35.97%.射流表面对边界层的控制行为表现为主流场近壁区的剪切流动遇到射流的阻抗,在射流孔的背流面形成逆流区,逆流在边界层底层产生的剪应力与主流场方向相反;同时在射流孔下游产生反向旋转涡对并在近壁面诱导出二次涡,相当于在高速流体与壁面之间产生润滑带,使边界层黏性底层厚度增大,速度梯度减小,摩擦阻力减小.     

离心泵仿生表面减阻降噪特性研究

为了研究离心泵仿生叶片的减阻降噪特性,获得叶片壁面剪应力与减阻率、效率和噪声变化情况的关系,提取出了鲨鱼皮肤的表面特征,建立了具有Ⅴ型槽表面叶片的离心泵模型.通过剪切应力传输(SST) k-ω湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,基于Proudman方法和声类比方程对泵内部声场进行了预测计算.研究结果表明:仿生表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,在出口处的壁面剪应力梯度变小,工作面叶片的平均剪应力最大降幅达29%;仿生表面可以降低的最大减阻率为3.1%,离心泵的水力效率最大提高2.06%;仿生叶片沟槽表面能够改变叶轮流道内的涡结构,降低离心泵叶轮内部的湍动程度,减小流道内的声功率;与光滑叶片相比,仿生叶片的总声压级的降幅最大为2.68%;随着流量的增大,壁面平均剪应力的变化率、效率、总声压级及减阻率等都随之增大.     

利用旋转圆盘设备研究聚氧化乙烯（PEO）减阻和机械降解规律

针对聚合物减阻剂易于降解的问题,探讨聚氧化乙烯的减阻和机械降解规律。采用自行研制的旋转圆盘减阻率测试设备,辅以乌氏黏度计,通过研究水相减阻PEO的分子量、浓度、温度对减阻性能的影响,并探讨机械和超声降解引起的减阻率和溶液黏度变化。减阻聚合物的减阻效果与本身空间结构、流体的流动状态、聚合物浓度等有关。同环道系统的测试规律一致,PEO减阻率随旋转圆盘转速引起的雷诺数增加而增加。不同分子量的PEO均存在最佳减阻加剂浓度,高分子量的最佳加剂浓度要低于低分子量。温度升高,不利于没有侧链的PEO的减阻。PEO的降解过程是由外加能量的传递诱导自由基反应,机械降解过程在搅拌30 min后就不再明显;超声降解,随着时间的延长,降解比例不断提高。     

亚音速飞行器壁面沟槽减阻研究与应用

固/气界面间强烈的剪切作用是亚音速飞行器壁面摩擦阻力产生的主要原因。该文基于k-ε湍流模型及动态网格划分技术,研究沟槽内微漩涡流动特性、沟槽结构对表面受力影响及沟槽内局部压力场及压差阻力的产生原因;以壁面阻力系数为计算目标,对沟槽形貌构型优化,获取亚音速飞行时具有最佳减阻效果的壁面沟槽形貌构型参数。在中国航天某研究院FD06风洞进行试验,试验结果表明:亚音速飞行器壁面沟槽结构可显著降低壁面阻力系数。Ma=0.4时,壁面摩擦阻力由1.7N降低为0.908N,减阻率为45.57%;Ma=0.8时,减阻率为13.5%;Ma=0.9时,减阻率为18.4%。     

微气泡减阻的数值模拟方法及尺寸效应

分别采用混合物模型、欧拉双流体模型和相群平衡模型对底部通气的二维平板微气泡减阻效果进行了模拟分析,探讨了气泡直径、喷气速度对微气泡减阻率的影响,并对其尺度效应进行研究.结果表明:减小气泡直径可以增加微气泡减阻率;在一定的范围内,减阻率随着喷气速度的增加而增大,但喷气速度过小或过大都将影响减阻效果;相群平衡模型比其他2种模型的数值模拟结果更接近于试验结果;由于物体尺寸增加所致的雷诺数增大在一定程度上会降低微气泡减阻率.     

D型体主被动结合流动控制研究

以简化准三维模型D型钝体为研究对象,通过数值仿真手段,利用零质量合成射流器理论进行了D型体主动流动控制和主被动结合的流体控制研究发现,在尾部分离点进行射流控制时,高频射流有助于钝体减阻,减阻效果可以达到1.78%。主被动结合的锯齿和射流加强了尾迹三维流动结构,破坏了准三维模型的展向流动结构,使得减阻效果较好。采用主被动结合控制的射流为低频和高频时减阻效果为20.86%和21.20%。     

韦兰胶溶液的流变性及其影响因素研究

应用哈克旋转流变仪研究了韦兰胶水溶液在地层温度40℃下静态、动态流变性及其影响因素。结果表明:韦兰胶水溶液黏度高,是一种非牛顿流体,其流变曲线符合幂律模式,具有剪切稀释性、良好的抗温性和较高的黏弹性,无触变性。浓度升高,韦兰胶水溶液的黏度增加,黏弹性增大。当韦兰胶水溶液质量浓度为1 g/L时,G'与G″在低频区相交,当质量浓度大于1 g/L时,G'与G″无交点,且G'G″,表现为类似固体的弹性行为。韦兰胶水溶液在不同酸碱环境下均表现出良好的稳定性,盐(Na Cl、Ca Cl2)对其黏度影响不大。韦兰胶良好的增黏性、抗温性使其有望成为新型的钻井液添加剂,较强的黏弹性可以在三次采油中应用。     

减阻型纳米二氧化硅流体的流变性分析

采用流变仪等方法测试了自主研发的减阻型纳米流体HNFⅢ的流变性,研究分析了纳米SiO_2颗粒浓度(质量分数0.002 5%~0.20%)、剪切速率和温度等参数对HNFⅢ流变性的影响规律,以及HNFⅢ的剪切增稠机理。结果表明:HNFⅢ的黏度随纳米SiO_2颗粒浓度的增加而升高;剪切速率低于临界剪切速率值γ0时,纳米流体的黏度几乎不变,而一旦超过γ0,黏度快速升高,具有明显的剪切增稠特性,并且低浓度的纳米流体黏度上升更快,导致了不同浓度的纳米流体黏度出现汇聚的特征;同时,临界剪切速率γ0随温度升高而减小,随浓度升高而增大。实验得到了纳米液HNFⅢ的本构方程,显示其属于膨胀性流体。重复测试和双向剪切测试表明,剪切增稠具有良好的可逆性,满足"粒子簇"理论。     

降解黄原胶与降解魔芋胶形成的凝胶体系的流变性

以降解黄原胶与降解魔芋胶为主要原料,将两者在一定条件下共混制得不同的凝胶体系,考察了共混比例、总胶浓度、共混时间、盐离子浓度对凝胶体系流变特性的影响,并研究了该凝胶体系的本构方程。结果表明:降解黄原胶与降解魔芋胶凝胶体系具有剪切变稀特性,其本构方程为非线性共转Jeffreys模型,模型计算值与实验值吻合良好。     

键那绿B与黄原胶作用的光散射表征及分析应用

研究了黄原胶和键那绿B(JGB)结合的共振散射光谱.实验结果表明,在pH9.62水溶液中,黄原胶与染料探针JGB发生静电作用,产生了以328.5nm为特征峰的共振光散射(RLS)光谱.此波长下,在一定黄原胶浓度范围内,增强的共振光散射强度(ΔIRLS)与其具有线性关系.据此建立了痕量黄原胶的共振光散射分析方法.当JGB的浓度为2.2×10-5mol/L时,测定黄原胶的检测限为12.24ng/mL.     

两性离子瓜尔胶及其水溶液的流变特征

采用一步法合成新型两性离子瓜尔胶(ZGG),研究了ZGG水溶液的流变特征,并考察浓度、外加盐等对ZGG水溶液流变性能的影响.结果表明:ZGG水溶液的比浓黏度随浓度的增加而增加;在一定浓度的盐溶液中,ZGG表现出明显的反聚电解质溶液的黏性行为;ZGG水溶液呈假塑性流体特征,具有剪切变稀特性,并具有较强的触变性质.