Mecanismo de reducción de arrastre del agente reductor de arrastre de polímero

Según los informes de la literatura existente, las hipótesis sobre el mecanismo de reducción de la resistencia se pueden dividir en cinco categorías: hipótesis de pseudoplasticidad de Toms, hipótesis de deslizamiento efectivo de Virk, hipótesis de viscoelasticidad, hipótesis de supresión de pulsaciones de turbulencia e hipótesis de desacoplamiento de pulsaciones de turbulencia. Estas hipótesis pueden explicar el fenómeno de reducción de la resistencia dentro de un cierto rango, pero no pueden explicar completamente los diversos fenómenos que acompañan a la reducción de la resistencia. (1) Hipótesis de pseudoplasticidad de Toms

Toms cree que la solución del agente reductor de arrastre del polímero tiene pseudoplasticidad, es decir, la velocidad de corte es inversamente proporcional a la viscosidad aparente. A medida que aumenta la velocidad de corte, la viscosidad aparente disminuye. lo que resulta en una reducción de la resistencia al flujo. Con el desarrollo de la mecánica de fluidos no newtoniana, la hipótesis de Tom fue gradualmente rechazada. A través de experimentos, se descubrió que existe un gran error entre el valor de fricción medido de la solución de agente reductor de resistencia cuando fluye en flujo turbulento en el tubo y el valor calculado usando fluido pseudoplástico. La pseudoplasticidad de la solución de agente reductor de resistencia diluida es. muy débil, o incluso no tiene ninguna pseudoplasticidad. (2) La hipótesis del deslizamiento efectivo de Virk Virk cree que cuando un fluido fluye turbulentamente en una tubería, la capa de fluido cercana a la pared es la capa inferior viscosa, seguida de la capa elástica, y el centro es el núcleo turbulento. La distribución de velocidades se midió experimentalmente. Se encontró que la velocidad en el área central turbulenta de la solución reductora de arrastre es un cierto valor mayor que el volumen puro, pero la distribución de velocidad es la misma y el gradiente de velocidad de la capa elástica aumenta, lo que resulta en una reducción. en arrastre. Según la hipótesis de Virk, a medida que aumenta la concentración del agente reductor de la resistencia, aumenta el espesor de la capa elástica. Cuando la capa elástica se expande hasta el eje del tubo, la reducción de la resistencia alcanza el límite. (3) Hipótesis viscoelástica Con el desarrollo de la mecánica de fluidos viscoelástica, los investigadores realizaron experimentos en una solución diluida específica de polímero reductor de arrastre y descubrieron que el tiempo de relajación de las moléculas de polímero era mayor que la duración del microvórtice turbulento, lo que indica que las propiedades viscoelásticas de moléculas de polímero desempeñan un papel en la reducción de la resistencia. Entonces se propuso la hipótesis de la viscoelasticidad: los polímeros tienen viscoelasticidad. Debido a la interacción entre la viscoelasticidad y los vórtices turbulentos, parte de la energía del vórtice es absorbida por las moléculas del agente reductor de arrastre y almacenada en forma de energía elástica, lo que reduce la energía cinética del vórtice y logra el efecto de reducción de arrastre. (4) Hipótesis de supresión de pulsaciones turbulentas Esta hipótesis sostiene que la razón por la cual los polímeros pueden reducir la resistencia al flujo turbulento es porque las moléculas de polímero inhiben la generación de vórtices turbulentos, reduciendo así la intensidad de las pulsaciones y, en última instancia, reduciendo la pérdida de energía. (5) Hipótesis de desacoplamiento de pulsaciones turbulentas El llamado desacoplamiento de pulsaciones turbulentas se refiere al efecto de las moléculas reductoras de arrastre sobre la turbulencia, que reduce la correlación entre las velocidades de pulsación radial y axial, reduciendo así la tensión de Reynolds del flujo turbulento. (6) Hipótesis de actualización aleatoria de la superficie. La gente divide el flujo turbulento de fluido en el tubo en tres capas. El área cercana a la pared es la capa inferior viscosa; seguida por la subcapa viscosa (capa de transición o capa elástica) y la tercera área es el centro de turbulencia; Debido a que la distribución de velocidad y temperatura de la capa inferior viscosa son similares a las del flujo laminar, durante mucho tiempo se la ha llamado erróneamente capa inferior de flujo laminar. Una gran cantidad de literatura informa que la distribución de velocidad promediada en el tiempo y la distribución de velocidad pulsante de la capa inferior viscosa se pueden medir con precisión utilizando dispositivos de medición de velocidad de precisión, lo que demuestra completamente que la capa inferior viscosa no es un simple estado de flujo laminar de 1306. pero todavía tiene un cierto grado de pulsación. Consideramos que la capa límite de transferencia de momento de la turbulencia de fluido en el tubo consta de bloques de transferencia de momento (cuando las tres capas límite de transferencia son iguales, los tres bloques de transferencia son iguales), que son actualizados aleatoriamente por las unidades de fluido de la capa principal. cuerpo y se descompone en nueva La unidad de fluido genera vórtices. Nuevos bloques de líquido vuelven a crecer desde la pared hasta que se renueva. Aunque este proceso de actualización es aleatorio, la edad de cada bloque de fluido tiene una determinada función de distribución y la probabilidad de esta actualización es estadísticamente igual. Cuanto más fuerte es la turbulencia, mayor es la oportunidad de que las zonas de fluido se renueven, más vórtices se crean y mayor es la energía consumida.