管道流中微藻多糖高聚物减阻的实验与数值计算研究

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自从Toms发现高聚物湍流减阻效应以来,人们对高聚物减阻已开展了大量的研究。近年来人们逐渐发现一些藻类多糖高聚物是很好的减阻剂,且还具有环境友好的特点,但目前人们对其在减阻方面的研究比较少。微藻多糖高聚物减阻将是一个有趣并且有吸引力的课题,值得进一步的研究。   本文对小球藻多糖、螺旋藻多糖和黄原胶水溶液的减阻特性和抗剪切性能进行了实验研究。通过对实验数据的分析和总结,得到以下结论:微藻多糖高聚物是非常好的减阻剂。它们的抗机械降解能力比合成高聚物减阻剂强,而且由于具有强电解性,显示B类减阻特性,属于B类减阻剂。在不存在过度剪切引起降解的情况下,其减阻率保持不变,即减阻率与壁面剪切应力、雷诺数无关,而不像合成高聚物只能在有限的雷诺数范围内达到其减阻最大值。   本文基于使用Carreau-Yasuda粘度模型,结合Reynolds平均法(RANS)对B类减阻剂的减阻特性进行数值模拟。数值计算得到的减阻率略低于实验值,说明B类减阻剂的粘性对其减阻起主导作用。根据数值计算得到的湍流统计量,通过粘性机制合理解释了B类减阻剂的减阻机理。
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