Физико-химические аспекты турбулентного течения разбавленных растворов полимеров

• Автор: Манжай, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 227 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Закономерности ламинарного и турбулентного режимов течения в цилиндрическом канале. Вязкость ньютоновских и неныотоновских жидкостей. Вязкоупругие свойства полимерных растворов
1.2. Эффект снижения гидродинамического сопротивления и его практическое использование. Методы экспериментального изучения и количественного описания эффекта.
1.3. Влияние гидродинамических параметров течения растворов полимеров на величину эффекта снижения сопротивления
1.4. Влияние физикохимических свойств растворов полимеров на величину эффекта снижения гидродинамического сопротивления.

1.5. Механизмы снижения сопротивления полимерными добавками.

ГЛАВА 2. ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ НЬЮТОНОВСКИХ И НЕНЫОТОНОВСКИХ

ЖИДКОСТЕЙ
2.1. Формула для расчета объемного расхода ньютоновской жидкости при турбулентном режиме течения в цилиндрическом канале.
2.2. Формула для расчета приращения объемного расхода разбавленных растворов полимеров при турбулентном течении в цилиндрическом канале
Глава 3. АНАЛИЗ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ФОРМУЛЫ РАСЧЕТА ПРИРАЩЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА ПОЛИМЕРНОГО РАСТВОРА
3.1 Начальные условия проявления эффекта снижения сопротивления.
3.2. Влияние напряжения сдвига на величину приращения объмного расхода полимерного раствора.
3.3. Влияние температуры, вязкости и термодинамического качества растворителя
на величину приращения объмного расхода полимерного раствора.
3.4. Влияние концентрации полимерного раствора на величину приращения объмного расхода
Глава 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТА ТОМСА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ.
4.1. Определение объемов макромолекулярных клубков и их молекулярных масс.
4.2. Определение коэффициентов уравнения МаркаКунаХаувинка
4.3. Определение соотношения кинетических констант роста и обрыва полимерной цепи
4.4. Определение длины сегментов полимерных цепей макромолекул
4.5. Определение длины сегментов макромолекул полиэлектролитов
4.6. Полимерполимерные взаимодействия в растворе.
Глава5. ПРИМЕНЕНИЕ АНТИТУРБУЛЕНТНЫХ ДОБАВОК В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЯХ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
5.1. Методика оценки аититурбулентной эффективности потенциальных агентов снижения гидродинамического сопротивления
5.2. Лабораторный синтез поли а олефинов и их антитурбулентные свойства.
5.3. Промышленный синтез и реологические характеристики концентрированных растворов противотурбулентных присадок.
5.4. Натурные испытания противотурбулентных присадок на магистральных трубопроводах
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Значения линейной скорости, градиента скорости и напряжения сдвига для разных слоев различны и зависят от их расстояния до оси, поэтому ламинарное течение в цилиндрическом канале обычно характеризуют предельными величинами напряжения и скорости сдвига на стенке трубы, т. При решении конкретных инженерных задач часто бывает удобно представить значения линейной скорости слоен, скорости сдвига и напряжения сдвига в виде зависимости от расстояния слоя до стенки трубы 0 С учетом того, что это расстояние у Я Я, справедливы уравнения
1. Я напряжение и скорость сдвига на стенке
трубы соответственно. Как следует из уравнений 1. У у, и т г до минимальных нулевых на оси. Графическое изображение параболического профиля скоростей ламинарного режима представлено на рисунке 1. АР 7, 1. У. среднерасходная скорость течения жидкости в трубе. Из формул 1. Уравнение 1. ДарсиВейсбаха
АР Л р у 1. А коэффициент гидродинамического сопротивления, который для ламинарного режима течения может быть вычислен по формуле, являющейся следствием закона Пуазейля Ялал1. Ре. Ке 1 V и2Я рт число Рейнольдса, которое является безразмерной величиной. Число Рейнольдса характеризует отношение сил инерции к силам вязкости межмолекулярного взаимодействия и выполняет в гидродинамике важную функцию критерия подобия. Рисунок. Проведя несложные преобразования уравнения 1. Д при различных числах Рейнольдса после проведения лабораторных экспериментов на турбулентном реометре. При увеличении числа Рейнольдса величина коэффициента гидродинамического сопротивления ламинарного режима течения жидкости в цилиндрическом канале монотонно убывает рисунок 1. Пуазсйля. Но при достижении некоторого критического значения числа Рейнольдса Кекр. В результате такого перемешивающего движения происходит обмен импульсами в поперечном направлении, в то время как в продольном каждая частица сохраняет свой импульс. Таким образом, скорость и давление в каждой точке внутритрубного пространства при турбулентном течении в отличие от ламинарного течения не остаются постоянными во времени, а претерпевают неравномерные пульсации различной частоты. Элементами жидкости, выполняющими такие пульсации вдоль и поперек направления течения, являются не отдельные молекулы, а макроскопические жидкие комки 2. Пульсации скорости во времени при турбулентном течении составляют небольшую долю от средней скорости течения, но именно эти пульсации оказывают решающее влияние на структуру всего потока. Появление поперечной составляющей скорости делает турбулентное течение более энергоемким по сравнению с ламинарным. Это приводит к тому, что коэффициент гидродинамического сопротивления X уравнения ДарсиВейсбаха после достижения критического числа Рейнольдса резко возрастает рисунок 1. Ке переходит с теоретической кривой Пуазейля, рассчитываемой по формуле Хши , на эмпирическую кривую Блазиуса Лтр 0, Яс0,. Степенная формула Блазиуса, справедливая для турбулентного течения, удовлетворительно соответствует эксперименту в интервале чисел 0 Яе 3. С 0,1 кгм3 Мг 0,5 6. Ке Я1 2 0,8. Существенным недостатком этого
уравнения является то, что зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса выражена в неявном виде. Сложная картина турбулентного течения до сих пор не имеет строгого теоретического обоснования. Наиболее распространенной в настоящее время является полуэмпирическая теория Прандтля 3, в основу которой положена упрощенная модель двухслойного течения в цилиндрическом канале. Согласно этой схематичной модели турбулентный поток в трубе состоит из турбулентного ядра рисунок 1. Поэтому у стенки выполняются закономерности ламинарного течения и, вследствие большой скорости сдвига в этой зоне, происходит практически вес приращение линейной скорости ядра потока. Рейнольдса е5М. Для получения искомого результат, а именно, уравнения логарифмического распределения скоростей по сечению трубы, наблюдаемого экспериментально при турбулентном течении , введены еще два дополнительных предположения. Вопервых, для развитой турбулентности принимается условие тв ги, и вязкостным касательным напряжением в дальнейших рассуждениях пренебрегают. Вовторых, в выражение инерционного напряжения входит геометрический параметр Ь, называемый длиной пути смешения.