柔性表皮减阻性能试验和减阻机理探索

对以中国化工新材料总公司海洋化工研究院为主开发的聚脲类等柔性表皮试样在循环水槽中进行阻力测试,并据此修改配料,最后得到的试样能减阻13～15%.本文也从数学上对柔性表皮具有减阻功能的机理进行了推证.

用于烟气脱硫系统的减阻剂减阻性能研究

在脱硫浆液的循环管道系统中,进行了高聚物PEO和PAM的减阻试验研究,分析了高聚物PEO和PAM的减阻性能及其影响因素,阐述了高聚物在流体中的减阻机理.根据减阻率的大小,评价了PEO和PAM的减阻性能.结果表明:PEO和PAM的最佳减阻质量浓度分别为600mg/L和200mg/L左右,所达到的最大减阻率分别为48.13%和38.35%;PAM和PEO的减阻具有高效性.

亚临界雷诺数下凹坑圆柱绕流数值模拟分析及减阻性能研究

为研究非光滑圆柱绕流减阻性能,采用SST k-ω湍流模型对亚临界雷诺数R_e=40 000下凹坑圆柱绕流进行数值模拟及减阻性能研究。对凹坑深度、内部形状、分布形式进行了结构参数敏感性分析,研究各参数对凹坑圆柱绕流减阻性能的影响规律。结果表明:凹坑圆柱具有较好的绕流减阻效果;阻力系数、升力系数均随凹坑深度增加呈先减小后增大的变化趋势,且在h=0.015D时,凹坑圆柱绕流具有最佳减阻效果;圆柱形凹坑圆柱平均阻力系数为0.923,球面形凹坑圆柱平均阻力系数为0.94;菱形分布凹坑织构的圆柱绕流阻力系数平均值为0.923,矩形情况为0.973。

基于双向流固耦合的柔性表面覆盖层减阻性能

采用双向流固耦合的方法对一块具有柔性表面覆盖层的复合材料平板及其表面的湍流进行了数值模拟.其中,湍流采用RNGk-ε模型进行模拟.根据计算结果,从宏观总体上分析了柔性材料的柔性及厚度对减阻效果的影响,从微观局部上探讨了柔性表面覆盖层的局部减阻规律.结果表明:柔性表面覆盖层有一定的减阻效果,而且在数值模拟的范围内减阻效果随着材料柔性的增大而增大,随着柔性表面覆盖层厚度的增加而增加;考虑双向流固耦合的情况下平板受到负的"压阻力",这表明压阻力对减阻效果也有所贡献;另外,柔性复合材料平板中起到减阻作用的主要是中部位移较大段,且局部摩擦阻力减额分布与位移分布之间存在相似的规律.

滑溜水压裂液减阻剂减阻性能评价综合性实验设计

滑溜水压裂液的减阻性能是滑溜水压裂液的研究重点。利用自主研发的压裂液摩阻测定仪研究了不同加量、排量及实验温度对滑溜水压裂液用减阻剂减阻性能的影响规律,进而对其减阻机理进行研究。实验结果表明:同一排量下,减阻率随着减阻剂浓度的增加而增加,当浓度增加到一定范围时,减阻率基本保持不变,最优的减阻剂浓度添加范围为0.15wt%~0.20wt%;在同一加量下,减阻率随着排量的增大先增大后减小,存在的最优排量为35 L/min;在同一排量下,减阻率随着温度的升高而减小,在25℃时,减阻率最高。该实验有助于学生了解滑溜水压裂液的减阻机理和流体的流动规律,激发学生的实验热情,提高学生动手实操能力和思维转换能力。

辛烯-十四烯的共聚规律及减阻性能

利用气相色谱测出辛烯-十四烯共聚物的组成,讨论了在不同聚合条件下获得的共聚物组成及特性粘度的变化,比较了各组分单体的相对聚合速率。测定了共聚物对克拉玛依原油的减阻性能。在添加量为5ppm 时,减阻率为15～35%;添加量为10ppm 时。减阻率为30～47%;最大减阻率可达50%。

W／O型聚丙烯酰胺胶乳减阻性能的研究

研究了Ｗ／Ｏ型聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）胶乳在水中的凉阻性能。探讨了聚合物合子量、聚合物溶液浓度、溶液ｐＨ值、流速等对减阻性能的影响。发现Ｗ／Ｏ型聚丙烯酰胺具有良好的减阻性能，在相同流量下，ＰＡＭ水溶位的流动阻力明显小于清水流动阻力。在一定浓度范围内，随ＰＡＭ浓度增加，减阻性能增加。ＰＡＭ的分子量对流动阻力影响较明显，分子量大者减阻性能较高。当溶液ｐＨ值小于７时，减阻性能显著，当ｐＨ值大于７时对减阻影响较少。在相同浓度下，随流速增加，流动阻力减小。

柠檬酸对磷尾矿胶结充填泌水及减阻性能影响

以贵州某磷尾矿为骨料,粉煤灰和水泥为胶凝材料制备胶结充填料浆,研究柠檬酸添加量对充填料浆泌水中SO42-、F-以及泌水率的影响。采用扩展度法、流动度法及L型管法来研究柠檬酸对磷尾矿充填料浆流动性能的影响。结果表明:柠檬酸的加入导致料浆泌水中SO42-含量升高、F-含量降低,但对泌水率的影响较小。柠檬酸对充填料浆具有缓凝效果,能改善料浆流动性能。

复杂两相流动对底部排气弹底部减阻性能影响的数值分析

借助于稀颗粒假定下的双流体简化模型 ,采用具有高精度、高分辨率数值方法 ,研究了轴对称底部排气弹弹底混合绕射的复杂两相流动 ,得到了非平衡两相流中颗粒相浓度大小对底排弹减阻性能影响的规律。与实验比较 。

二维凹坑型非光滑单元体深度对减阻性能的影响分析

应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,对比相同条件下不同深度二维凹坑型非光滑单元体减阻性能的差异,从中分析非光滑单元体的深度减阻性能的影响。经仿真发现:当来流速度为7m/s时,深度为0.2mm的凹坑型非光滑单元体减阻率为15.97%,深度为0.4mm减阻率达到最大值18.08%,而深度为0.6mm时,减阻率出现负值,说明无法实现减阻。最后对二维凹坑型非光滑单元体的减阻原理进行了分析,发现在凹坑中形成反向旋转的涡,从而形成"涡垫"效应,将空气与壁面的滑移摩擦变为滚动摩擦,从而使摩擦阻力有效减少。

仿生针刺作用下的高粘弹性材料减阻性能分析

为了减小注射器针头给患者带来的疼痛感,研究了仿生结构对针头刺入阻力的影响。考虑非光滑单元的形态、深度、间距和直径,设计了9个仿生针头。将普通针头和仿生针头的进针、推药和拔出阻力进行了对比,结果表明波纹形针头的减阻效果最明显,锯齿形针头的减阻效果次之,凹坑形针头基本没有起到减阻的效果。将减阻效果最好的4号针头和普通针头以不同速度刺入,4号针头的减阻效果仍然明显,说明对应的仿生结构可以在临床上明显减轻患者的疼痛感。

中等质量分数CTAC表面活性剂溶液减阻性能实验研究

表面活性剂减阻由于其机械、化学、光、热稳定性 ,越来越为工程界所重视。文中开展了目前较少研究的中等质量分数 (采用 170、 80 0 μg g两种质量分数的溶液 )CTAC (Cetyltrimethylammoniumchloride,十六烷基三甲基氯化铵 )溶液与伴随离子 (Sal+ )共存条件下的减阻实验。研究表明 ,在一定CTAC及伴随离子质量分数范围内 ,溶液的减阻性能随CTAC及伴随离子质量分数的增加而下降 ;伴随离子在高雷诺数区域对减阻效应几乎没有影响 ;溶液的减阻性能曲线没有明显的“发生 (onset)”点。

稀颗粒群双流体模型应用于底部排气弹减阻性能研究

依据稀颗粒群假定下的双流体简化模型 ,采用NND和MacCormack方法 ,本文对底部排气弹底部减阻性能进行了研究。分析了非平衡气 -粒两相流中颗粒相浓度变化对底排弹减阻性能的影响。和实验比较 。

无水砂层中矩形顶管施工用触变泥浆配比优化及减阻性能试验

顶管施工中,触变泥浆起到润滑减阻和支撑地层的作用,是保证顶管施工安全快速进行的重要材料,其减阻性能的优劣是影响顶管施工的重要因素。本文以北京城市副中心通州区潞城镇综合管廊工程为依托,以膨润土、羧甲基纤维素钠(CMC)和纯碱为触变泥浆原材料,进行不同材料配比的正交试验,优选出了触变泥浆的最优配比;开展缩尺的模型试验,探究了触变泥浆的减阻效果。此外,通过扫描电镜显微观察,研究了触变泥浆的微观结构和减阻机理。研究表明:触变泥浆原材料含量对泥浆的性能有很大的影响,10%膨润土、0.2%CMC、0.5%纯碱和89.3%水是泥浆原材料的最优配比,该配比下的泥浆流动性和触变性较好,失水量较小,形成的"滤饼"较为致密,综合性能最优,且该配比下的触变泥浆可以使试块和砂土之间的摩阻系数降低40%,减阻效果显著;触变泥浆呈薄片层状结构,其主要矿物成分蒙脱石具备晶格取代、阳离子交换等微观特性,使得触变泥浆宏观上表现出触变性进而发挥减阻作用,最终以泥浆套的形式充分隔离管道和周围的土体,从而实现减阻功能。

基于数值模拟的超疏水材料减阻性能研究

目的为了研究超疏水材料的减阻性能,提出一种准确可靠的数值模拟研究方法。方法建立超疏水船舶的三维模型,对考虑自由液面时船舶的黏性绕流进行数值模拟。由于表面接触角是评定材料疏水性的一个重要参数,通过改变表面接触角研究相应阻力值的变化,并采用理论计算、数值模拟以及实验研究三者相结合的方法,验证该模型及方法在超疏水材料减阻性能研究方面的准确性。结果随着表面接触角的增大船舶行驶时所受的阻力减小。船体采用超疏水材料的阻力比采用亲水性材料的阻力减少了41%,比采用一般疏水性材料的阻力减少了24%。模拟中得出的船舶模型阻力大小与理论计算以及实验结果基本吻合,误差分别在4.6%和8%以内。结论通过船舶模型研究超疏水材料的减阻性能,提出了一种基于数值模拟的有效研究方法,为超疏水材料其他方面的性能研究提供了一定指导。

环氧氯丙烷改性纤维素溶液的流变与减阻性能

为提高羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)溶液的黏弹性,拓宽其应用范围,以环氧氯丙烷(EPIC)与CMHEC进行反应,首次制备出水溶性改性羧甲基羟乙基纤维素EPIC-CMHEC。研究了EPIC-CMHEC和CMHEC水溶液的流变特性(流动曲线、黏弹性、本构方程、触变性等)以及减阻性能。结果表明,EPIC-CMHEC溶液黏度显著提高,其3 g/L水溶液黏度为56.6 m Pa·s,比3 g/L CMHEC水溶液的黏度(18.3 m Pa·s)提高了2.1倍,且弹性也优于CMHEC溶液。在170 s-1剪切下,温度从20℃升至80℃后,0.3%EPIC-CMHEC溶液的黏度约为19 m Pa·s,仍高于25℃时0.3%的CMHEC溶液的黏度;EPIC-CMHEC溶液的减阻性能也明显提高,0.10%的EPIC-CMHEC和CMHEC溶液最大减阻率分别为72.70%和68.41%。EPIC-CMHEC和CMHEC溶液的流动曲线可用Cross本构方程进行表征,EPIC-CMHEC可望用于油气田开采和减阻领域。

电气石/有机硅复合低表面能涂层的防污减阻性能

有机硅低表面能船舶防污涂料无毒安全,具有良好的表面污损物脱除性能,但是存在着防污性不足的问题。为了提高其防污性能,选择了5种电气石粉,以替代涂料中常用的钛白粉和氧化锌,制备了电气石/有机硅复合低表面能涂层;测试了电气石粉体和涂层的负离子释放率,用激光共聚焦扫描显微镜测试分析了复合涂层的表面形貌与粗糙度;测量了复合涂层与水和二碘甲烷的接触角,利用二液法估算了涂层的表面自由能;在黄海海域旅顺港进行了涂层实海挂板浸泡试验;在实验室采用旋转圆盘法测量了涂层的海水阻力。结果表明:应用电气石粉能明显提高有机硅涂层的防污性能,电气石/有机硅复合低表面能涂层的负离子释放率越高,其防污性能越好。

基于空气-雪两相流动力学仿真的滑雪板界面特性及其减阻性能研究

在冬奥会的比赛中滑雪板是重要的比赛装备,滑雪板与雪的界面特性极大地影响了滑雪板的性能.滑雪板与雪的界面同时存在雪、空气与滑雪板三者的耦合作用且作用时间短,因此常规的试验研究难度很大.计算流体动力学(CFD)仿真是研究流体界面性能的重要手段,可以模拟真实滑雪条件下,滑雪板滑行时的界面状态,量化分析界面的作用力等物理量.本文中以单板滑雪板作为研究对象,单板滑雪板在滑动界面上涉及到空气与雪两相流体问题.因此,本研究中采用CFD仿真的方法对坡面障碍单板进行分析研究.结合滑雪板的运动位姿状态,将结构分为4个变量参数进行分析,结果显示侧刃弦长对界面作用力影响最大,并探究结构最优组合;攻角则分为5个不同参数进行分析,结果显示雪板抬起角度为5°左右时,可以起到降低滑动界面作用力的效果.滑雪板结构与攻角的优化,可为后续的滑雪板设计与运动员运动过程中滑雪板姿态起到指导作用.

多孔透气材料应用于船模微气泡减阻性能实验分析

分别将挠性氧化铝多孔透气材料安装在船模底部、侧面、球鼻艏附近进行微气泡减阻性能试验,分析应用于船模上的减阻效果。结果表明:船底喷气时,最高达11.6%的减阻效果;喷气位置位于球鼻艏附近时的减阻效果较差,只有当喷气流量为10 L/min时,船模阻力在部分试验点小于未喷气时的阻力;喷气位置位于船侧时,由于流场边界层密度改变较大,因此,减阻效果随着船模速度与喷气流量变化波动较大。当船模速度为1.80 m/s,且船底和船侧空气流量为20 L/min、球鼻艏空气流量为10 L/min时,采用多孔透气材料船底+船侧+球鼻艏组合式喷气方式的微气泡减阻效果可达13.9%,减阻效果明显,验证了多孔透气材料应用于船模微气泡减阻的优良性。

提输卤管道用改性减阻剂的减阻性能及机理

为了提高减阻剂的耐温、耐盐性,从而使减阻剂更适应深层卤水提输环境,通过引入衣康酸改进减阻剂性能,采用Materials Studio软件模拟与实验相结合的方式,探究以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、衣康酸3种单体合成水溶性减阻剂的可行性;模拟提输卤管道环境,以铁质管道、Na Cl溶液为主,探究减阻剂在铁管表面的吸附状态,分析其减阻机理;以卤水温度、流量、矿化度、减阻剂用量为变量评价减阻性能,通过室内减阻剂测试环道评价减阻效果。结果表明:引入衣康酸可成功合成减阻剂,减阻剂通过自由移动吸附在铁表面,使卤水中其他粒子在铁表面吸附力下降,流动阻力减小,减阻效果明显;该减阻剂受温度、矿化度影响较小,耐温、耐盐性改善。