Способы уменьшения гидравлических сопротивлений

Использование полимерных добавок и добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ).В технологических установках обычно реализуется турбулентный режим течения жидкости по трубопроводам.
В этом случае воздействие молекулярной вязкости m сказывается не во всей толщине турбулентного потока, а в ламинарном подслое и переходной зоне, т.е. в небольшой внутренней части потока, непосредственно прилегающей
к поверхности тела. В этих зонах, как известно, происходит наибольшее изменение скорости потока; в турбулентном ядре потока скорость меняется незначительно (по логарифмическому закону).

Как показывают эксперименты, добавка малых доз полимера
или ПАВ в турбулентный поток жидкости существенно (до 60–80 %) снижает гидродинамическое сопротивление. Действие добавок при снижении проявляется в увеличении толщины ламинарного подслоя
и промежуточной зоны. Макромолекулы, попадая в область больших градиентов скорости, которые имеют место в пристенной области, выпрямляются по направлению течения и создают анизотропию вязкости, увеличивая поперечную составляющую по сравнению с продольной: Увеличение вязкости в непосредственной близости от стенки приводит к утолщению ламинарного подслоя. Как следствие, снижаются
в несколько раз пристеночные поперечные пульсации скоростей
и давлений. Наибольший эффект снижения дают полимеры с линейно вытянутыми молекулами, без больших боковых цепей, большими молекулярными массами и хорошо растворимыми в перекачиваемой жидкости. Как показывают эксперименты, для каждого полимера имеется оптимальный диапазон изменения его концентраций; для каждой концентрации полимера имеется своё пороговое число (рис. 2.20).

Рис. 2.20. График изменения коэффициента сопротивления l

для водных растворов полиакриламида

%

Примеры: окись полиэтилена M = 6 · 10⁶, хорошо растворяется
в воде, при концентрации дает эффект до 77 %.

%

Полиакриламид (ПАА), M = 2 · 10⁶, хорошо растворяется в воде, при концентрации полимера дает эффект до 70 %. Эффект снижения дают также водные растворы карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ), поливинилового спирта, планктон и т.д. Для снижения
в магистральных нефтепроводах рекомендуется использование асфальтенов и смол – продуктов, получаемых после переработки нефти.

%

Добавки ПАВ дают эффект поменьше. Но у ПАВ имеется своё преимущество – если полимеры при длительном использовании подвергаются механической деструкции (разрыв макромолекулы на части)
и теряют свои свойства, то для ПАВ эффект снижения довольно стабилен по длине трубопровода. В ПАВ мицеллы разрушаются
и восстанавливаются. Оптимальная концентрация ПАВ для снижения
~ 0,1 %.

Другие способы снижения . Влияние на поток может быть достигнуто отсосом или сдувом пограничного слоя, колебанием обтекаемой поверхности. Амплитуда таких колебаний не должна превышать толщину ламинарного подслоя.

Эффект уменьшения может быть достигнут нагревом стенок трубы с целью уменьшения молекулярной вязкости около стенки.

Необходимо отметить, что все способы уменьшения реализуются только при турбулентном режиме течения жидкости по трубопроводу.