旋回流およびベンド内流場での界面活性剤による抵抗低減効果とその流れ構造の解明

阐明表面活性剂的减阻效果以及旋流中的流动结构和弯管中的流场

基本信息

批准号：
14750121
负责人：
宗像瑞恵
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

界面活性剤添加による抵抗低減効果のある旋回流において,その水溶液の非ニュートン性と旋回流れの流動特性について調査した.界面活性剤水溶液の非ニュートン性は円錐平板式の回転粘度計により計測し,そのレオロジー特性をべき乗則に基づいて表した.べき乗数nや構造粘度指数kとあるバルク速度(1m/s)における抵抗低減効果の関係は,約50%までは強い関係は見られないが,nとkがある閾値を境に50%以上の抵抗低減率が得られた.また,50%以上の抵抗低減効果を示す場合,LDV計測により得られた速度分布より,円管入口の上流側から強制渦が観擦され,溶媒(水)の場合に比べて高スワール数で強制渦を形成することが明らかになった.旋回強さ(スワール数)の減衰特性は指数減衰則に従うが,渦タイプによって減衰勾配が異なり,同じ渦タイプ同士で比較すると,界面活性剤水溶液におけるスワール数の減衰勾配は溶媒の場合に比べで小さく,ランキンの組み合わせ渦では抵抗低減率が大きいほど減衰しにくいことが分かった.一方,強制渦の減衰特性は,軸方向速度分布のコア部が放物線状に尖っていく過程と平坦になっていく過程の二つに別けられ,その減衰勾配は前者の方が大きいが,前者は抵抗低減率が大きいほど減衰勾配は大きいが,後者はその逆の現象が観察された.正方形断面を有する90°ベンド内流れにおける界面活性剤水溶液の流れ構造を明らかにするために,スキャニングPIV(Particle Image Velocimetry)により,バルク速度2m/sにおける曲がり部の三次元2方向成分の流れ場の計測を行った.界面活性剤による抵抗低減効果が得られる場合,溶媒(水)の流れ場に比べて圧力勾配の影響を受け始める位置が上流側に移動し,45°以下の曲がり部では二次流れ成分は溶楳の場合よりも大きい.しかし,それより下流では大幅に減少し,結果として曲がり部での二次流れのエネルギーは溶媒よりも小さくなることを示した.

我们研究了水溶液的非牛顿性质以及旋流中旋流的流动特性，其中表面活性剂的添加具有减阻作用。表面活性剂水溶液的非牛顿性质是通过使用锥板式旋转粘度计的流变特性基于幂律来表达。幂数n、结构粘度指数k以及一定体积速度（1 m/s）下的减阻效果如下所示。尽管在大约 50% 范围内看不到很强的关系，但当 n 和 k 达到某个阈值时，获得了超过 50% 的阻力减少率。在这种情况下，通过 LDV 测量获得的速度分布表明观察到了强迫涡流。从圆管入口的上游侧形成强制涡流，其涡流数高于溶剂（水）的情况。旋转强度。旋流数（旋流数）的衰减特性遵循指数衰减规律，但衰减梯度根据旋涡类型的不同而不同，并且当比较相同旋涡类型时，表面活性剂水溶液中旋流数的衰减梯度更小与在溶剂中相比，朗肯发现减阻率越大，涡流的组合阻尼就越困难。另一方面，强制涡流的阻尼特性取决于涡流的核心部分。轴向速度分布。前者的衰减梯度较大，但减阻率越高，后者的衰减梯度越大。为了阐明表面活性剂水溶液在90°弯管中的流动结构，观察到了相反的现象。方形横截面，扫描 PIV（粒子图像采用测速仪（Velocimetry）测量整体速度为2 m/s时弯管的三维、二维分量流场。如果获得表面活性剂的降阻效果，则压力将高于表面活性剂的阻力。溶剂（水）流场开始受到坡度的影响。二次流的位置向上游移动，在45°以下的弯头处，二次流分量比焊接时大。但在下游，二次流分量明显减小，导致弯头处二次流减小。结果表明，能量低于溶剂的能量。