表面活性剂减阻实验研究

论文摘要

本文从水力学的角度出发,研究暖通领域中的管网的水力情况,目的是找到一种高效的减阻剂,降低水泵的耗能。本文首先简要介绍了国内外对减阻方案,对高分子聚合物做减阻剂的优缺点进行了分析,并提出用表面活性剂这种新型的溶剂作为减阻剂,因为其具有抗剪切性及良好的温度适应性。为了检验表面活性剂的减阻效果,我们设计了一个实验台,并作了大量的清水实验,论证了Prandtl-Karman线的存在,并证实了实验的测试方法和数据处理方案的可靠性和可信度。本文以十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）作为减阻剂,在不同温度、浓度、雷诺数下,对PVC管和紫铜管中表面活性剂的减阻性能进行实验,从而得出了CTAC的减阻效果:在相同温度和雷诺数下,减阻效果随着溶液浓度的增加而增强;在相同浓度和雷诺数下,减阻效果随着溶液温度的增加而降低;60ppm的CTAC水溶液在PVC管中最大减阻百分比在温度15℃时为70%,在温度35℃时为35%;150ppm的CTAC水溶液在铜管中最大减阻百分比在温度20℃时为65%,在温度60℃时为0%,减阻完全失效;本次实验结果表明CTAC水溶液具有很强的抗剪切性,而在高温条件下存在明显降解,但温度降低后能恢复到原来的减阻能力;此外在对CTAC与水杨酸钠的配比研究中,发现两者存在一个最佳配比;并且在研究中发现CTAC溶液具有明显的管径效应,即使是同温度、浓度、雷诺数的情况下,由于管径不同,减阻实验的结果就会有很大的差别;由于表面活性剂水溶液在有压管道中具有失效点,只有在一定的雷诺数区域内有减阻效果。最后对CTAC在空调工程上的应用进行了技术经济分析,本文认为在暖通领域表面活性剂的应用是具有经济节能的双重意义,为今后更广泛的应用提供了经验和技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 研究课题的背景
• 1.2 减阻方法综述
• 1.2.1 沟槽法
• 1.2.2 柔壁法
• 1.2.3 气泡法
• 1.2.4 高聚合物添加剂减阻法
• 1.2.5 壁面振动减阻法
• 1.2.6 涂层减阻法
• 1.3 高聚合物添加剂减阻
• 1.3.1 高聚合物添加剂减阻的发展及研究现状
• 1.3.2 高聚合物添加剂减阻的机理分析
• 1.3.3 高聚合物减阻剂的发展
• 1.4 表面活性剂国内外研究及应用现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 表面活性剂减阻影响因素与机理
• 2.1 影响表面活性剂减阻的因素
• 2.1.1 烷基
• 2.1.2 补偿离子
• 2.1.3 其他影响因素
• 2.1.4 表面活性剂的减阻及与传热效率的关系
• 2.2 表面活性剂减阻方程式的介绍
• 2.2.1 粘弹性流体的剪力及湍流运动方程式
• 2.2.2 减阻湍流的时均流速和脉动流速分布
• 2.2.3 减阻参数
• 2.2.4 表面活性剂减阻的最佳浓度
• 2.3 本章小结
• 第3章 实验装置和溶液配制
• 3.1 实验台的设计
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验管径的率定
• 3.3.1 率定原则及结果
• 3.3.2 清水实验的校正
• 3.4 溶液配制
• 3.5 形成胶束减阻的必要条件
• 3.6 本章小结
• 第4章 减阻实验结果与分析
• 4.1 CTAC水溶液在PVC管中的实验研究
• 4.1.1 减阻效果
• 4.1.2 浓度效应
• 4.1.3 温度效应
• 4.1.4 配比效应
• 4.1.5 减阻失效点
• 4.1.6 抗剪切性
• 4.2 CTAC水溶液在紫铜管中的实验研究
• 4.2.1 温度效应
• 4.2.2 浓度效应
• 4.2.3 管径效应
• 4.2.4 抗高温性
• 4.3 本章小结
• 第5章 表面活性剂与水泵结合使用效果
• 5.1 水泵的选型
• 5.1.1 水泵的基本性能参数
• 5.1.2 水泵的特性曲线
• 5.1.3 水泵定速运行工况的确定
• 5.2 表面活性剂节能原理分析
• 5.3 节能案列分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢