●48●科技綜述暖通空調(diào)HV&AC 2009 年第39卷第7期添加劑減阻及其在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱蒙生* 鄒平華 蔡偉華^摘要簡要介紹了添加劑減阻的國內(nèi)外研究概況,詳細(xì)介紹了減阻劑的特性、減阻機(jī)理、流場湍動測量,減阻效果對傳熱的影響及添加劑減阻在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞減阻特性機(jī)理傳熱供熱系統(tǒng)Application of additive drag reduction to heating systemsBy Zhu Mengsheng*，Zou Pinghuo ond Col WerhuoAbstract Gives a brief presentation of the rescarch status at home and abroad of drag reduction byadditives and a detailed description of the characteristics, drag reduction mechanism, measurement of flowfield turbulent motion, influence of drag reduction cffcct on heat transfer and the application of dragreduction by additives to central heating systems.Keywords drag reduction, characteristic, mechanism, heat transfer, heating system★Harbin Institute of Technology, Harbin, China0引言應(yīng)用作簡要介紹。添加劑減阻是指在液體中加入少量的高分子1國內(nèi)外研究概況聚合物或表面活性劑以大幅度減小其湍流摩阻的在添加劑減阻研究領(lǐng)域,具有代表性的成果是方法。該方法具有減阻劑投放量少、減阻效率高等1948年第- -屆國際流變學(xué)會議上Toms發(fā)表的第優(yōu)點(diǎn),對于節(jié)能或提高水中物體的運(yùn)動速度具有重一篇減阻論文,該文指出以少量的聚甲基丙烯酸甲大意義。在20世紀(jì)50年代及60年代初期，減阻酯(PMMA)溶于氯苯,沿程阻力可降低50%61。研究多局限于流變學(xué)及石油化工領(lǐng)域,60年代中此后,這種高分子減阻現(xiàn)象被稱為Toms效應(yīng)。期以后,添加劑減阻開始引起流體力學(xué)研究者的注Fabula等人發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5X10-6~10X意,研究工作更加廣泛地開展起來[”。目前減阻劑10-的PEO(聚氧化乙烯)水溶液與純水相比最大已應(yīng)用于水下武器發(fā)射、原油管道輸送、泄洪、消防減阻率可達(dá)80%[7。Oliver 等人利用超大分子量等領(lǐng)域，在原油管道輸送領(lǐng)域,近20多年來先后研聚丙烯酰胺E-10和MG-200 作減阻劑,在1X制出了聚氯乙烯、乙烯丙烯共聚物.聚甲基丙烯酸10- °質(zhì)量分?jǐn)?shù)下達(dá)到了80%的最大減阻率[8,充等一系列油溶性減阻劑[2]。1979 年美國某公司生分證明了減阻劑的減阻高效性。減阻率又可稱為產(chǎn)的CDR減阻劑開始應(yīng)用于橫貫阿拉斯加的原油減阻百分比,計(jì)算式為輸送管道中,取得了良好的節(jié)能效果[3]。80年代末至90年代中期在國外出現(xiàn)了將減阻劑應(yīng)用在區(qū)★朱蒙生,男,1963年9月生,博士研究生,博士,副教授域供熱系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn),取得了良好的節(jié)能和環(huán)保綜150090哈爾濱T業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院合效益"。近幾十年,我國城市集中供熱與空調(diào)系(0451) 82307642E- mail:zmszkg@sina. com統(tǒng)發(fā)展迅速,其輸配管網(wǎng)中水泵的能耗占總能耗的S 150001 哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院比例較大,若能在集中供熱與空調(diào)水系統(tǒng)中應(yīng)用減中國煤化工阻劑，節(jié)能環(huán)保效果將會十分顯著[]。本文擬對添收YHCNMHG加劑減阻的國內(nèi)外研究概況以及在供熱工程中的二次修回:2009-06-05暖通空調(diào)HV&AC 2009 年第39卷第7期科技綜述●49●e=f二f x 100%(1)械剪切作用下,其棒狀結(jié)構(gòu)即使會暫時(shí)斷裂,但是經(jīng)過泵之后(機(jī)械剪切消失),又可恢復(fù)為原來的棒式中E 為減阻百分比;f為加人減阻劑前流體的狀結(jié)構(gòu)，仍具有較好的減阻效果[5-1]。范寧摩阻系數(shù);f'為加入減阻劑后同- -雷諾數(shù)下流減阻劑的減阻效果還受以下幾個(gè)因素的影響:體的范寧摩阻系數(shù)。1)減陰流體溶液的濃度。Virk認(rèn)為減阻劑1974年召開了第一次國際減阻會議,早期的的濃度影響管道內(nèi)流動的彈性底層的厚度,濃度越主要研究成果由White 和Virk等人進(jìn)行了總大,彈性底層越厚,減阻效果越好0。最近對PAM結(jié)).9。國內(nèi)的研究起步于上個(gè)世紀(jì)70年代,大多和CTAC水溶液進(jìn)行的減阻實(shí)驗(yàn)研究表明，在相以實(shí)驗(yàn)研究為主,最早發(fā)表在公開刊物上的研究成同溫度和雷諾數(shù)下,減阻效果隨著溶液濃度的增加果見文獻(xiàn)[10]。國內(nèi)外有關(guān)添加劑減阻的研究主而變好;但是當(dāng)濃度增加到一定程度后,減阻效果要體現(xiàn)在減阻劑的特性、減阻機(jī)理、實(shí)驗(yàn)研究及工開始變差,這說明減阻流體存在一個(gè)最佳濃.程應(yīng)用等方面。度[13.18]。1.1 減阻劑特性2)減阻流體溶液的溫度。減阻劑都有其自身目前,已發(fā)現(xiàn)的減阻劑種類很多,但能用于集的適用溫度范圍,也就是說都存在著臨界溫度,并中供熱系統(tǒng)的減阻劑只有兩類:第1類為高分子聚且在適用溫度范圍內(nèi)隨著溫度升高減阻效果變差，合物，例如PEO, PAM(聚丙烯酰胺)等人工合成聚一旦溫度超過臨界溫度，即會出現(xiàn)減阻完全失效的合物;第2類為表面活性劑，分為非離子、陽離子、現(xiàn)象。最近對PAM水溶液的減阻實(shí)驗(yàn)研究表明,陰離子和兩性表面活性劑,例如CTAC(十六烷基在相同濃度和雷諾數(shù)下,減阻效果隨肴溶液溫度的三甲基氯化銨)陽離子表面活性劑。升高而減弱L3-1]。具有減阻效果的高分子聚合物應(yīng)具有以下特3)流動雷諾數(shù)。只有當(dāng)流動處于湍流時(shí)才會點(diǎn):1)分子量一般要達(dá)到百萬量級,這主要是因?yàn)槌霈F(xiàn)添加劑減阻現(xiàn)象,而且在一定范圍內(nèi)減阻率會分子量越大，減阻效果越好;2)分子鏈為直線形結(jié)隨著雷諾數(shù)的增大而增大。對于一定濃度的減阻構(gòu),主鏈越長,支鏈越少,減阻效果越顯著,這主要?jiǎng)┤芤簛碚f,存在臨界雷諾數(shù),在該雷諾數(shù)下減阻是因?yàn)榉肿渔湹闹Щ瘯蟠蠼档透叻肿泳酆衔锏男Ч詈?如果繼續(xù)增大雷諾數(shù),減阻效果開始減減阻效果;3)用量少，也就是說添加極少量的高分弱直至消失。子聚合物就會獲得明顯的減阻效果。4)流動通道的影響。一般來說,流道當(dāng)量直高分子聚合物存在明顯的缺點(diǎn):易降解抗剪徑越小,越容易發(fā)生湍流減阻現(xiàn)象，減阻效果越明切性能差、受溫度影響大。在湍流流動的高剪切力顯。孫壽家等人對聚丙烯酰胺和聚乙二醇兩種高(或高溫)以及泵的機(jī)械剪切作用下,其分子鏈極易聚物在90°彎頭中進(jìn)行阻力測試,結(jié)果表明沒有減斷裂,從而降低甚至喪失減阻能力,這種降解是永阻現(xiàn)象出現(xiàn)[9]。焦利芳對減阻流體CTAC水溶液久的不可逆過程1-12]。最近對PAM水溶液進(jìn)行在三通彎頭、變徑管、散熱器中的減阻效果進(jìn)行研實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果表明,PAM水溶液在低溫條件下究，也發(fā)現(xiàn)沒有明顯的減阻現(xiàn)象[20]。具有很好的減阻效果,但在高溫條件下存在明顯的5)水中的雜質(zhì)。水中含有的金屬離子(如鈣、降解13-1]。鎂離子等)和金屬氧化物(如水循環(huán)系統(tǒng)中因生銹與高分子聚合物相比,表面活性劑的相對分子而混入的鐵的氧化物)對表面活性劑、臧阻劑的減量較小，而且具有良好的光、熱、機(jī)械穩(wěn)定性和可控阻效果有負(fù)面影響。Hu等人研究了水中金屬離性,適用于閉路循環(huán)水系統(tǒng),并且對水質(zhì)要求不高，子和化合物對陽離子表面活性劑顯現(xiàn)出剪切誘導(dǎo)有著更廣泛的使用范圍,因而受到極大的關(guān)注。-結(jié)構(gòu)的流變參數(shù)的影響,結(jié)果表明,金屬離子和化定濃度的表面活性劑在穩(wěn)定劑和剪切力的作用下，合物I中國煤化工可能會對減阻效大量的分子會聚集形成棒狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而相互交織成果產(chǎn)子表面活性劑在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),發(fā)揮減阻功效。與高分子聚合物不同的MHCNMH G工程T的心用又均一定的限制2]。是,表面活性劑具有很強(qiáng)的抗剪切性能,在泵的機(jī)Suksamranchit等人在PEO和CTAC混合減阻劑●50● 科技綜述暖通空調(diào)HV&AC 2009 年第39卷第7期水溶液中添加NaCl,研究結(jié)果表明此舉具有增強(qiáng)都很容易受到挑剔,然而提出其他可取的方法卻又減阻效果的作用22)。非常困難》陽。添加劑減阻機(jī)理的研究仍然是一1.2添加劑減阻機(jī)理個(gè)艱難的課題。添加劑減阻機(jī)理的研究已經(jīng)持續(xù)了半個(gè)多世1.3 流場湍動測量紀(jì),但到目前為止,還沒有一種單一的理論與所有對減阻液流場進(jìn)行湍動測量有利于添加劑減的實(shí)驗(yàn)證據(jù)相吻合[2]。阻機(jī)理的探索。Abernathy 等人使用激光測速方最早的減阻論文由Toms發(fā)表,他認(rèn)為高聚物法進(jìn)行了低湍動度圓管流動實(shí)驗(yàn),在直徑為5.2溶液可能是剪切稀化流體(偽塑性流體)。在壁面mm的圓管內(nèi)用人工擾動控制PEO溶液的流動狀高剪切層內(nèi),黏度較小,因此能夠減阻[6。事實(shí)上，態(tài),結(jié)果發(fā)現(xiàn),Zakin等人所提到的湍動現(xiàn)象[5]實(shí)聚氧化乙烯等優(yōu)良減阻劑的稀溶液并沒有剪切稀際上是減阻液在低背景湍動度下一種普遍存在的化特性,用通常的非牛頓測黏方法可以證明,它們非牛頓現(xiàn)象,沿程阻力系數(shù)-雷諾數(shù)曲線圖中層流.都是牛頓流體。Walsh 的研究結(jié)果顯示,聚甲基丙曲線與Virk線之間的點(diǎn)(LV區(qū),見圖1)即對應(yīng)于烯酸溶液雖是剪切稠化流體,但在堿性環(huán)境中卻具此種狀態(tài)。該區(qū)內(nèi)阻力系數(shù)略大于同一雷諾數(shù)下有較強(qiáng)的減阻作用J240 ,從而徹底推翻了Toms的的牛頓層流,但遠(yuǎn)小于牛頓湍流。同時(shí)該區(qū)內(nèi)存在理論。很明顯的速度脈動,其速度分布與牛頓層流更為接.因聚合物具有黏彈性,許多理論工作者認(rèn)為，近[28]。他們還使用小散射體激光測速裝置及超微聚合物溶液的黏彈性通過某種方式起到了減阻作輕氣泡技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了減阻液在過渡到湍流之前存在用,法向應(yīng)力差就可能是這樣的一種機(jī)制。Elata特殊的速度波動,經(jīng)測量,波動能譜的頻段比較窄，等人對剪切方向黏度較小而橫向黏度很大的流體,主要能量集中在峰值鄰域,能譜峰值的頻率約為導(dǎo)出了剪切湍流的動量方程[25。此方程除了包含100 Hz,且高分子稀溶液略呈偽塑性[29]。何鐘怡牛頓流體方程中的項(xiàng),還出現(xiàn)了代表附加應(yīng)力的新等人用具有可調(diào)頻、調(diào)幅人工擾動裝置的低背景湍項(xiàng),一種觀點(diǎn)認(rèn)為這些應(yīng)力減少了湍流邊界層內(nèi)的動管流系統(tǒng)，研究了圖1中LV區(qū)內(nèi)流動的穩(wěn)定動量傳遞，從而使摩阻減小。但是,Gadd測量了性,成功地在區(qū)內(nèi)各狀態(tài)點(diǎn)通過人工擾動激發(fā)出PEO,PAM和瓜膠溶液在相同減阻百分比下的法Emmons湍斑,這是由層流向湍流過渡的典型表向應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)只有PEO溶液與牛頓流體有差異,因現(xiàn),從而證明了Abernathy 等人的推測,即LV區(qū)此Gadd認(rèn)為法向應(yīng)力差與減阻無關(guān)[26]。內(nèi)的未擾動流為非牛頓層流133]。微渦尺度效應(yīng)理論主要考慮添加劑與小旋渦的相互作用,然而很難獲得準(zhǔn)確可靠的聚合物松弛時(shí)間。Millward 和Lilley 提出了分子應(yīng)變能貯藏牛頓淌流阻力曲線廠理論,要點(diǎn)是大旋渦向小旋渦層疊的能量傳遞過程中,一部分高頻能譜傳給大分子,改變了湍流的能發(fā)0.02|量大減剛漸近線r量平衡(2]。然而,這一論點(diǎn)應(yīng)用于固體粒子時(shí)卻沒有說服力”。層漁用力曲線Z2000 4000 6000 8000 000此外,還有狹義黏彈性理論、拉伸黏度理論等等,均存在各種各樣的無法解釋的矛盾(28]。一個(gè)●質(zhì)量分敷6X10喲PE0。質(zhì)量分敷21X10的PM圖1阻力系數(shù)曲線及LV區(qū)較有希望的理論模型是哈佛大學(xué)Abernathy小組提出的橢球及有限伸展的非線性珠簧雜交模以上各組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,Virk線實(shí)際是減型28-2]。何鐘怡等人改進(jìn)了Abernathy 小組提出阻液非 牛頓湍流區(qū)與非牛頓層流區(qū)的分界線，因此的雜交模型,建立了線性剪切流中大分子的運(yùn)動方湍中國煤化工二線,典型實(shí)驗(yàn)曲線程及變形誘導(dǎo)的流場方程并進(jìn)行了數(shù)值求解(30]，如圖劑減阻存在最大目前這一理論仍在發(fā)展當(dāng)中。正如Hoyt等人所極限YH. C N M !! G加,減阻百分比也指出的:“迄今為止用以解釋減阻現(xiàn)象的一些理論，不 會增加,這一-現(xiàn)象稱為最大減阻效應(yīng)。雖然不同暖通空調(diào)HV&AC 2009 年第39卷第7期科技綜述●51●的高分子聚合物達(dá)到最大減阻時(shí)所要求的濃度各面活性劑在溶液中的濃度超過某- -臨界值時(shí),會出不相同，但最終的摩阻曲線卻是相同的。最大減阻現(xiàn)多個(gè)分子聚集形成膠束的情況，只有膠束形成之的摩阻系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線稱為最大減阻漸后才能夠發(fā)揮其減阻效力。因此,表面活性劑減阻近線。該曲線與聚合物的種類.分子量溶液濃度、也被稱為膠束減阻[0。管徑等因素?zé)o關(guān)。Virk 針對高分子溶液提出了最張維佳對陰離子型表面活性劑油酸鉀的研究大減阻漸近線方程0:顯示,溫度為60C時(shí),油酸鉀在剪切力作用下持續(xù)二= 19. Olg(Re F)-32.4(2)循環(huán)8 h以上,未出現(xiàn)降解現(xiàn)象,最大減阻百分比-直保持在80%以上4。馬祥琯等人利用國產(chǎn)陽需要指出的是,在某些文獻(xiàn)中最大減阻漸近線離子型表面活性劑復(fù)配成減阻劑,并進(jìn)行了水泵循會以沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線形式表環(huán)系統(tǒng)的減阻實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%示[81] ,此時(shí)式(2)變?yōu)闀r(shí)減阻有效溫度范圍大約為40~70 C,質(zhì)量分?jǐn)?shù)= 9.5Ig(Re )- 19.0(3)為0.5%時(shí)溫度高達(dá)100 C仍可減阻(2]。Schmitt得到的膠束減阻的典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果如式(2)和式(3)對于其他類型的減阻劑(表面活圖 2所示(4]。由圖可見,在50~100 C高溫條件性劑懸浮固體顆粒等)亦適用,因此得到了廣泛承下膠束仍具有很高的減阻效力。德國科技部資助認(rèn)”。.了一項(xiàng)添加劑減阻合作研究計(jì)劃，整理了實(shí)驗(yàn)室數(shù)許鵬等人關(guān)于低濃度CTAC陽離子表面活性據(jù),得到了一-套適合于管道定量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)方程劑減阻流體流動性能試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn)，處于最大減式;研究了熱量傳輸系統(tǒng)的操作測量控制原理.減阻狀態(tài)的溶液,其橫向速度脈動和主流方向速度脈阻劑水溶液的循環(huán)與再生、金屬材料設(shè)備的腐蝕修動均明顯小于牛頓流體;減阻流體的主流方向速度補(bǔ)技術(shù)，并在實(shí)際供熱系統(tǒng)中全面使用表面活性劑脈動和橫向速度脈動之間的關(guān)聯(lián)被抑制，其雷諾應(yīng)進(jìn)行減阻。合作研究單位包括區(qū)域供熱公司、熱力力與牛頓流體相比顯著降低,而且兩者主要在壁面設(shè)備廠家、研究院校、區(qū)域供熱協(xié)會和國際能源機(jī)附近存在最大的差別5。王德忠等人應(yīng)用PIV和構(gòu)(IEA) ,研究結(jié)果顯示最大減阻率達(dá)到80%,可PDA在二維流道內(nèi)對CTAC減阻流體湍流流場提高生產(chǎn)能力30%4]。進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在完全減阻區(qū)內(nèi),減阻流體的減阻性能隨雷諾數(shù)的增大而變好;在過渡減阻區(qū)內(nèi),減阻流體的摩擦系數(shù)則隨著雷諾數(shù)的增大而逐漸增大,直至與溶劑的摩擦系數(shù)相當(dāng);減阻流體的速度分布曲線在近壁面處與牛頓流體層狀速度曲線趨近,但二者并不完全重合;在流道近壁面處,水湍流流動時(shí)所能觀測到的強(qiáng)烈的旋渦波動在減阻流體中基本消失[6]。近年來,Li等人使用2006080100120PIV通過實(shí)驗(yàn)研究間接測量了通道內(nèi)湍流(牛頓流” 溫度/心體湍流和表面活性劑溶液湍流減阻流動)的近壁擬圈2質(zhì)分?jǐn)?shù)為1 0X 10-的S8452/2水溶液;序結(jié)構(gòu)的發(fā)生頻率和強(qiáng)度,相比牛頓流體,表面活在直徑為8 mm的管道中持續(xù)110 h情況下的溫度與減阻百分比關(guān)系曲線性劑湍流流動中的近壁擬序結(jié)構(gòu)的發(fā)生頻率和強(qiáng)度大大降低，直接導(dǎo)致摩擦系數(shù)的湍流項(xiàng)大大降對聚合物溶液的大量研究表明，在閉式工程熱低，即湍流減阻的發(fā)生37-3]。力系統(tǒng)中不可避免地存在機(jī)械剪切和熱應(yīng)力造成1.4 減阻效果對傳熱的影響的降解,如果不維持某-持續(xù)加藥劑量就無法獲得由于表面活性劑(或膠束)具有減阻可逆性并足夠穩(wěn)中國煤化工人為聚合物減阻且能耐- -定的高溫而不降解,在城市大型集中供熱劑不適YHCN M H C性劑則完全不系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景([9。研究表明,當(dāng)表同,它對于高 剪切具有減阻叮速性,控制適當(dāng)?shù)募簟?2●科技綜述暖通空調(diào)HV&AC 2009 年第39卷第7期切力可以避免減阻對傳熱的不利影響。長期的觀15mm,曲線6管徑d=16mm),由圖3可以看出察顯示,在高溫下表面活性劑仍具有減阻效果，陽該溶液有減阻效果時(shí)雷諾數(shù)的范圍和管徑對減阻離子型表面活性劑特別適用于區(qū)域供熱系統(tǒng)效果的影響。圖4中橫坐標(biāo)為雷諾數(shù)Re,縱坐標(biāo)中“4D。表面活性劑制造廠商制造了3種適用于區(qū)為努塞爾數(shù)Nu。由圖4可以看出Habon減阻液域供熱系統(tǒng)的表面活性劑,其適用溫度范圍為質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對傳熱性能的影響。30~150 C,管內(nèi)流速范圍為0.1~4 m/s。Paul-關(guān)于換熱設(shè)備傳熱效果下降程度的問題,也有Michacel等人對由C16TABr制成的Habon溶液不同的研究結(jié)論,如Gasljevic等人對表面活性劑進(jìn)行了減阻和傳熱的實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)阻力降低減阻的研究顯示,阻力降低的同時(shí)傳熱效果會出現(xiàn)20%的同時(shí)傳熱效果下降10%。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為明顯下降,阻力降低幅度與傳熱效果降低幅度的比250X106時(shí),Habon溶液的有效減阻溫度范圍為值達(dá)1.06: 1[63。40~100 C。他們強(qiáng)調(diào)指出,由于決定換熱設(shè)備傳董正方等人采用壓差測定裝置和熱電偶測溫系熱系數(shù)大小的是空氣側(cè)而不是液體側(cè)的換熱系數(shù)，統(tǒng)分別對二維流道內(nèi)不同的減阻流體的減阻性能及因此投放減阻劑實(shí)際上不會明顯抑制傳熱效果,典傳熱性能進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果顯示，當(dāng)CTAC減阻流型實(shí)驗(yàn)曲線如圖3,4所示(6]。圖3中橫坐標(biāo)為雷體的減阻率穩(wěn)定時(shí),隨著雷諾數(shù)的增大,考爾朋因子諾數(shù)Re ,縱坐標(biāo)為沿程阻力系數(shù)5,其中曲線1為與阻力系數(shù)比值小于0.5,且隨雷諾數(shù)增大緩慢減層流Hagen Poiseuille曲線,曲線2為湍流Prandtl小;達(dá)到臨界雷諾數(shù)后,考爾朋因子與阻力系數(shù)之比曲線,曲線3為Virk線,其余3條曲線為質(zhì)量分?jǐn)?shù)值波動較大,并且迅速增大到接近0. 5;增大熱流密為250X10-6的Habon溶液在不同管徑下的減阻度,靠近加熱板的減陰流體的溫度升高到一定程度效果曲線(曲線4管徑d=8mm,曲線5管徑d=后,會出現(xiàn)阻力系數(shù)增大,同時(shí)傳熱性能增強(qiáng)的現(xiàn)0°個(gè)象,使得減阻流體的考爾朋因子與阻力系數(shù)的比值趨于沒有添加減阻劑時(shí)的水平147]。這里的考爾朋因子是指量綱- -傳熱系數(shù), 它是努塞爾數(shù)、雷諾數(shù)及普朗特?cái)?shù)的函數(shù),具體表達(dá)式見文獻(xiàn)[47]。除了研究高溫下的減阻效果外,還有的研究人員對低溫下的減阻效果進(jìn)行了一定的探索。近年來,Li等人使用PIV測量技術(shù)對CTAC在二維槽道中的減阻流動進(jìn)行了研究[8-53,結(jié)果表明,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75X10 °的CTAC水溶液在溫度為30 C、10Re為11 000時(shí)其減阻百分比可達(dá)51%,這充分說明了CTAC水溶液具有很好的減阻效果。周靜瑜■d=8mm●d=15mm ▲d= 16 mm圈3 Habon 溶液在不同管徑下的減阻效果等人實(shí)驗(yàn)測得CTAC減阻流體的減阻率為67%65]。Zhou等人在湍流完全發(fā)展的二維槽道10°p內(nèi)研究CTAC水溶液的減阻及傳熱效果,結(jié)果顯示溫度為30 C,質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30X10 -6,70X10-6 ,80X10-6 ,90X 10~°時(shí),其最大減阻百分比分號10}別為7%, 30%，50%,55%;當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30X10-°時(shí),并未出現(xiàn)傳熱效果變差的現(xiàn)象,質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到90X10~°時(shí),傳熱量減少高達(dá)55%[55]。魏105進(jìn)家等人對一種新合成的兩件界面活性劑N,N,▲e-62.5x 10*●c-l25x 10*N-中國煤化工通道內(nèi)進(jìn)行了減:c-50x10*●C-0010●cI 000阻實(shí)MHCN M H G劑,溶液質(zhì)量分圖4 Habon溶液在不同質(zhì)分?jǐn)?shù)c下的傳熱效果(溫度60 C)數(shù)為5X10-5~1X10-3,測試溫度為-5 C和25暖通空調(diào)HV&AC 2009 年第39卷第7期科技綜述● 53C。結(jié)果顯示兩性界面活性劑N,N,N-三甲胺~(130萬美元)的巨大經(jīng)濟(jì)效益。在歐洲共同體,發(fā)N'-油酸酰亞胺溶液表現(xiàn)出明顯的流動減阻性能，展熱電聯(lián)產(chǎn)以減少CO2等污染物的排放量是- -項(xiàng)25 C時(shí)的減阻效果要好于一5 C時(shí)的減阻效果,長期性政策。將該項(xiàng)目中荷爾寧與哥本哈根間的最大減阻值可達(dá)83%。而且在低溫.低濃度情況熱力管道系統(tǒng)作為模型進(jìn)行計(jì)算,發(fā)現(xiàn)光滑水的使下加入NaNOn能有效改善減阻效果,而在常溫和用將間接導(dǎo)致COr等污染物的排放量大幅度減高濃度情況下減阻效果變差[56]。此外,川口靖夫少[4]。以上研究結(jié)果表明,減阻劑的使用可以減少研究組將高分子添加劑用于熱水及冷水冷卻水輸供熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和減少CO,NO2和SOr等送系統(tǒng)中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示可以減少- -半以上的泵的排放量 ,達(dá)到節(jié)約能源和提高環(huán)境質(zhì)量的月的。耗[5]。焦利芳等人在我國首次進(jìn)行了在實(shí)際集中供1.5添加劑減阻在區(qū)域供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用研究熱系統(tǒng)中加入CTAC陽離子表面活性劑從而實(shí)現(xiàn)Fernwarme Verbund Saar GmbH首次在區(qū)湍流減阻、增輸和節(jié)能目的的應(yīng)用試驗(yàn)研究。結(jié)果域供熱系統(tǒng)中進(jìn)行了大尺度的減阻試驗(yàn)。該系統(tǒng)顯示，獲得了最高為11.7%的增輸率,假定通過變;管徑為DN450,管長為2 400 m,循環(huán)水泵的流量頻調(diào)節(jié)的方法使系統(tǒng)總流量維持在加表面活性劑為1 450 m3 /s,水泵的揚(yáng)程為67 m,其中-一個(gè)換熱前的水平,主供水泵運(yùn)行功率減小率可達(dá)28. 4%;站的輸人功率為30MW。采用電磁感應(yīng)流速儀、該集中供熱系統(tǒng)換熱站的板式換熱器以及各分散溫度傳感器、微分壓力儀等儀器測量。試驗(yàn)結(jié)果顯熱用戶內(nèi)的 散熱器沒有受到明顯的影響;但出現(xiàn)的示，系統(tǒng)壓力減小70% ,局部速度增加30%們。添問題是CTAC水溶液對系統(tǒng)有一-定的腐蝕性(5]。加劑由瑞典某化學(xué)公司生產(chǎn),類似于前述的2結(jié)語Habon溶液減阻劑,主要適用于封閉式大型區(qū)域減阻劑在供熱工程中應(yīng)用可大幅降低流動阻供熱系統(tǒng)的熱水輸送管線38]。力。今后應(yīng)該深人開展以下方面的研究工作,以獲1995- -1998 年,丹麥能源部資助了一項(xiàng)關(guān)于得良好的節(jié)能和環(huán)保綜合效益?！皯?yīng)用光滑水在經(jīng)濟(jì)能源以及環(huán)境領(lǐng)域的意義”的1)開發(fā)具有抗剪切和抗高溫性能的高分子聚研究項(xiàng)目,1999年春,研究成果應(yīng)用于實(shí)際供熱系合物和表面活性劑,對于表面活性劑還要進(jìn)-步解統(tǒng)中。在歐共體能源示范計(jì)劃中,第一個(gè)項(xiàng)目建在決其對系統(tǒng)管道的腐蝕問題。荷爾寧40 km的輸配管網(wǎng)中,長度約為2.8 km,2)減阻劑使用后換熱設(shè)備傳熱效果下降問題2XDN200的管線通過一- 個(gè)蒸汽水板式換熱器與普遍存在 ,這- -問題需要進(jìn)-步研究、妥善解決。系統(tǒng)的其他部分分隔開來。此外,還設(shè)置了相應(yīng)的3)減阻劑的大規(guī)模使用對環(huán)境產(chǎn)生的影響也溫度、壓力和流量等參數(shù)的測量儀器。添加劑首次應(yīng)在評估范圍內(nèi)。注人不久，管道中的沿程阻力減小了80%以上,即.參考文獻(xiàn):便在包括換熱器、閥門、彎頭等局部阻力部件的供[1] White B, Henming J A G. 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