表面活性剂对突扩和突缩流局部阻力特性的改变研究

摘要

在管网输水系统中由突扩和突缩等局部管件所引起的局部阻力损失约占30％，不可忽略。本文试图揭示减阻剂的添加对突扩和突缩局部水流阻力特性的影响规律，为合理设计一个基于表面活性剂的减阻管网输水系统提供科学参考；同时阐明非牛顿流体流经突扩突缩的阻力特性。　　本文首先在水动力学基础理论的指导下搭建了流通截面突变管路的阻力测试实验台，以清水实证该平台的可靠性之后，对三种突扩比和突缩比的局部管路在确认其上下游直管流阻力系数符合Bulasius经验式的基础上，分别以清水和不同浓度的表面活性剂减阻稀溶液为流体，探究了突扩和突缩局部阻力系数的受制因素及其影响规律。　　清水流的实验结果表明，在雷诺数较大的紊流态下，清水流突扩局部阻力系数基本不随雷诺数增加而改变，部分文献之间关于突扩水流局部阻力系数是否随雷诺数而改变观点不同甚至迥异,主要是由于实验上下游管路流态、突扩件几何尺寸精度以及局部阻力损失测试取压位置不同所造成的；清水流突缩局部阻力系数基本不受雷诺数影响。　　表面活性剂的实验结果表明，同温度、同浓度及同雷诺数时，细管的减阻率要大于粗管，即减阻存在管径效应，但只要壁面剪切应力相同，即使管径不同其减阻率也基本相同；在上游直管段减阻效果未完全消失前，突扩局部阻力系数比清水流小且突扩局部减阻率随雷诺数增大而减小，最大减阻率约为40%；突扩对下游流动的影响范围远大于清水流的15倍管径；突缩局部阻力系数在低雷诺数区域高于清水流，在下游管存在明显减阻时，突缩局部阻力系数大于清水流，在下游直管段减阻消失但上游存在明显减阻时，突缩局部阻力系数小于清水流，突缩最大减阻率约为65%。表面活性剂添加对突扩及突缩流局部阻力改变特性是由于表面活性剂稀薄水溶液在紊流态下横向扩散减弱所导致的。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2局部阻力特性相关研究

1.3 表面活性剂减阻研究概况

1.4课题来源及本文主要研究内容

第二章 流动阻力基础及表面活性剂的相关特性

2.1 流动阻力及减阻基础

2.2 管流减阻的表达式

2.3 表面活性剂的微观特征

2.4 关于表面活性剂减阻机理的分析

2.5 表面活性剂减阻能力的影响因素

2.6 本章小结

第三章 实验系统及实验部件的选用及设计

3.1 实验系统的设计思路

3.2 实验系统概况

3.3 部分实验部件的设计

3.4 实验参数的测量

3.5 清水实验对系统的验证

3.6本章小结

第四章 突扩、突缩管路清水实验研究

4.1 突扩管路局部阻力特性探讨

4.2 突缩管路局部阻力特性探讨

4.3 试验结果分析

4.4 管径比对突扩（缩）局部阻力系数的影响

4.5 突扩（缩）局部阻力系数随流量的变化特性

4.6 本章小结

第五章 CTAB对突扩和突缩流局部阻力特性的影响研究

5.1 实验材料及配置

5.2 实验原理及评价标准

5.3 实验结果与分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 课题展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢