界面活性剂添加物对水湍流阻力抑制的实验研究

针对在水中添加界面活性剂（CTAC＋NaSal)后,湍流流动阻力大幅度下降的现象,用激光多谱勒测速仪在二维水槽中对湍流特性进行了测量,研究并阐述了这种弱阻力湍流存在的条件,以及与雷诺数、温度、浓度的关系,得出了一些重要的结论：添加界面活性剂的水溶液呈现弱阻力湍流的条件是流动雷诺数低于某个临界雷诺数：临界雷诺数随界面活性剂的浓度的增大而增大,随溶液的温度升高而减小;在弱阻力湍流流动中,主流速度曲线分布呈现明显的层流化,湍流强度明显减弱,雷诺应力几乎为零甚至出现亏损,这是湍流流动具有弱阻力的根本原因;在湍流脉动强度并未消失的情况下,雷诺应力却几乎为零,这表明湍流脉动分量之间的相关关系发生了变化。     

界面活性剂减阻溶液在自由面旋转流中的流动特性研究

利用粒子成像测速仪系统对开口圆柱容器内由旋转底盘带动的低浓度十六烷基三甲基氯化铵界面活性剂溶液的旋转流动进行了实验研究.界面活性剂溶液的质量分数范围为5×10-5~1×10-3,雷诺数为4.3×104.实验得到了旋转流体自由面中心下陷深度与界面活性剂溶液质量分数和减阻之间的对应关系,为小黏弹性低浓度界面活性剂溶液的减阻特性判别提供了一种方法,同时也得到了界面活性剂溶液小黏弹性对自由面旋转流动涡结构的影响规律.实验发现对于水的自由面旋转流而言,其中央轴对称平面内的流动形态与低雷诺数情况有很大的不同,由离心力引起的惯性驱动涡被由涡分裂引起的反方向旋转涡推挤到自由面与容器壁面之间的角落内;对于质量分数为1×10-3的界面活性剂溶液而言,其中央轴对称平面内弹性驱动涡占主导地位,惯性驱动涡被挤压在容器底部与容器壁面之间的角落内.     

低浓度表面活性剂减阻流体的性能

通过对不同工况下氯化十六烷基三甲基季铵盐(CTAC)减阻流体在二维流道中减阻性能的测定,分析了温度、质量分数、配比变化对流体减阻性能的影响,应用激光相位多普勒测速仪测量了流体的速度场,对流体的湍流特征进行试验研究,结果表明,即使对同种减阻方式,CTAC减阻流体的减阻也存在极限和优选,减阻流体的横向和轴向速度脉动及雷诺应力均远小于牛顿流体。     

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.     

黄原胶水溶液管道流动减阻特性的试验

对连续循环光滑管道(直径分别为5,10,20 mm)中黄原胶水溶液流动的减阻特性进行了试验,分析了黄原胶减阻的浓度效应、管径效应以及抗剪切特性,得到了减阻率与黄原胶水溶液浓度的关系曲线、雷诺数(Re)与减阻率的影响曲线以及减阻率与剪切时间的变化曲线.结果表明:黄原胶是很好的减阻剂,在较低Re流动时黄原胶在相对较小直径(5,10 mm)管道中表现为B型减阻特性,而在较大管径(20 mm)中则为A型减阻;在高Re时黄原胶水溶液在3种管径管道流动中皆表现为B型减阻,由于其主要具有B型减阻特性,使得黄原胶具有较好的抗剪切特性.     

表面活性剂减阻溶液与室内空气环境的换热性能研究

对供暖系统中管道内流动的表面活性剂减阻溶液与室内自然对流的空气环境换热过程进行了理论分析和实例计算.结果表明,管壁外侧对空气的传热过程是串联传热过程的控制步骤,传热过程性能要用总传热系数大小来评价,与应用表面活性剂减阻导致溶液传热系数下降关系不大.     

阳离子型表面活性剂与非离子型聚合物相互作用减阻研究

为探究表面活性剂与聚合物相互作用的减阻效果,对阳离子型表面活性剂CTAC和非离子型聚合物PAM的纯溶液和混合溶液进行湍流减阻实验测量。结果表明:表面活性剂CTAC溶液中加入不同浓度非离子型PAM,混合溶液减阻的临界温度均相同但低于相应纯CTAC溶液的临界温度,而超过临界温度后混合溶液减阻能力的下降趋势更缓;各个温度下混合溶液的减阻稳定区和纯CTAC溶液基本一致,且减阻稳定区内的摩擦系数也都相同;在超过临界雷诺数的减阻破坏区,混合溶液减阻效果更好,且PAM浓度升高,溶液减阻能力增强。提出了表面活性剂胶束联结在聚合物长链上形成了内部交联密集、结构稳定的混合网状结构模型,应用此模型合理解释了CTAC溶液中加入非离子型PAM形成的混合溶液的湍流减阻现象。     

二维平板横置小肋湍流减阻的数值分析及参数优化

采用RANS和LES相结合的数值计算方法,系统分析了给定条件下二维平板横置小肋对湍流摩擦阻力的影响。并开展了小肋外形及布置参数的优化研究。使用RANS方法计算平板阻力,而LES方法则着重分析流场变化过程,以分析减阻机理。通过对不同外形和参数小肋的CFD计算结果的比较分析,得到了该计算条件下减阻效果最佳的小肋参数,与光滑平板对比,最大减阻近4%。通过对流场的分析可以看到,横置小肋之间产生涡柱,改变了流体与平板的作用方式及近壁速度剖面,进而可以降低摩擦阻力。研究为进一步分析横置小肋在更宽速度和雷诺数范围内的有效性及开展全面的参数优化研究提供了基础。     

导叶式旋风管排气管内流动减阻的试验研究

通过对导叶式旋风管内流动参数的测量分析,发现排气管内气流旋转强度高,并存在“滞流”、“倒流”及逆压梯度等无益于颗粒分离的流动状态,造成排气管内压力损失约占旋风管总压降的22%。在排气管内安装框形结构后,可有效削弱和抑制上述耗能流动,在保证分离效率基本不变的前提下,使旋风管减阻幅度达到9%。     

减阻沟槽表面近壁湍流相干运动的实验研究

以光滑平板及间隔V型减阻沟槽面为研究对象,利用二维激光多普勒测速系统(laser doppler velocimetry, LDV),获得零压力梯度时光滑平板及沟槽板上部区域湍流边界层流场的流向和壁法向的湍流脉动分量.考察了沟槽对速度脉动的二阶及三阶相关统计参数的影响,并将这些相关量的变化情况与边界层中的相干运动相结合,由此来探讨沟槽面与湍流边界层之间的相互作用规律.     

注塑模温度场的试验研究

讨论了二维非稳态模具温度场的数学模型。采用实测分析的方法对模具温度场进行了研究。在改变冷却水孔的直径大小及冷却水流速两种工况下,通过微机系统的采集和处理,画出注塑周期中模具型腔二维等温线和三维温度场的图形,为设计注塑模冷却系统提供了依据。     

波状圆柱绕流减阻的实验研究

为了寻找一种减阻、减振而又不受流动方向限制的方法,提出了一种可降低绕流阻力的波状圆柱,并对波状圆柱的平均阻力系数以及表面压力分布进行了实验研究.实验在某低速风洞进行,工作段的横截面尺寸为0.6 m×0.6 m,湍流度小于0.2%.实验中的Re在2.0×104到5.0×104范围内.实验结果表明:3种不同倾斜度的波状圆柱平均阻力系数小于普通圆柱的平均阻力系数,最大减阻效果可达20%以上;流体在波状圆柱的最小横截面上分离得早,表面压力下降快;波状圆柱表面倾斜度是影响流场的重要参数,其取值大小直接影响波状圆柱的减阻效果.     

翼型绕流不同频率展向振荡电磁力减阻控制实验研究

研究结果表明展向振荡电磁力可控制湍流边界层,电磁力的振荡频率对湍流的控制效果有影响,但并未讨论电磁力振荡频率对控制效果的影响机理。实验研究了不同频率展向振荡电磁力控制翼型绕流的减阻效果及其影响机理。实验在转动的水槽中进行,在翼型的背风面包覆展向振荡电磁力激活板,并将其浸入水槽中,利用应变传感器测量翼型的阻力,基于意法半导体公司生产的微处理器开发电磁力控制器,用于控制电磁力的方向和振荡频率。研究结果表明展向振荡电磁力对翼型绕流具有减阻效果,对比分析了不同频率的展向振荡电磁力的减阻效果,发现电磁力的振荡频率为20 Hz时减阻效果较优,减阻效率可达到18%;展向振荡电磁力可减小翼型阻力的振动幅值,具有减震功能;当电磁力的振动频率与阻力曲线内小波动频率相近时,电磁力的减阻减震的效果最佳。     

中等浓度表面活性剂溶液流变特性的实验研究

为研究剪切速率和溶液浓度对中等浓度表面活性剂溶液流变特性的影响,在25℃、1～300s-1剪切速率范围内,对质量分数分别为0.05%、0.07%、0.10%和0.15%的CTAC/NaSal表面活性剂溶液进行稳态模式下的流变测量.研究表明,随着表面活性剂浓度的增大,由剪切诱导转变引起的黏度增稠率依次减小,当浓度达到某一临界饱和值时不再有剪切诱导转变发生,该浓度所对应的黏度-剪切速率流变曲线称为最大黏度线.当浓度低于临界饱和浓度时,在以临界剪切速率为界的两区域内,剪切速率-剪切应力流变曲线分别符合对数模型.从能量的视角分析了剪切诱导结构(SIS)可能的形成机理,指出诱导SIS形成的临界能量值本质上是由胶束结构决定的.从流变的角度指出,对于中等浓度的表面活性剂溶液,SIS不再是产生湍流减阻的必要条件.     

氯化十六烷基三甲基季铵盐减阻流体试验

通过对不同工况下氯化十六烷基三甲基季铵盐（Cetyltrimethyl Ammonium,Chloride,CTAC)减阻流体在二维流道中减阻性能的测量，分析了温度，浓度，配比变化对流体减阻性能的影响，同时使用相位多普勒测速仪测量了流体的速度场，利用信号处理中的相关方法分析了运动结构，结果表明，减阻流体在主流速度方向上存在较低频率的周期运动，而在垂直方向上的运动则是随机的，减阻流体的各向异性强于非减阻流体。     

挟极细沙水流的明渠综合糙率系数变化规律研究

小浪底调水调沙过程中,黄河中下游发生的洪峰异常增值现象是由河道糙率减小所致.通过挟极细沙水流的明渠水槽实验,证明极细沙在粗糙床面具有明显的减阻作用,并对减阻机理进行了分析.该研究对于含沙水流的运动规律以及洪水的预报与防洪具有重要的参考价值.