关键词:
黏弹性流体
壁面湍流
减阻特性
流场结构
雷诺平均模拟
摘要:
黏弹性流体湍流减阻效应极具工程应用价值和理论研究意义。该文以聚丙烯酰胺(PAM)为研究对象,开展直管内黏弹性流体壁面湍流减阻的实验与雷诺平均模拟(RANS)数值研究,研制并搭建黏弹性流体湍流减阻实验测试装置,测试分析PAM溶液减阻特性;结合黏弹性流体FENE-P本构方程和RSM各向异性湍流模型构建黏弹性流体湍流RANS控制方程,通过UDF编制黏弹性流体湍流RANS子程序并将其加载到FLUENT中,建立满足工程计算需求的黏弹性流体湍流RANS方法,揭示减阻机理。研究结果表明:随雷诺数或浓度的增加,PAM溶液减阻率均先上升再下降,最终趋于稳定;在实验温度范围(25℃~55℃)内,PAM溶液减阻率同温度呈负相关;持续剪切PAM溶液7小时,其减阻率降低约28.90%;浓度越高,PAM溶液抗剪切性与耐温性越强;相较于水,聚合物的存在极大程度地改变了黏弹性流体湍流流场结构,缓冲层范围增宽、完全湍流区变窄,雷诺剪切应力显著降低,流体瞬时脉动速度均方根峰值逐渐向管道中心移动,这表明添加聚合物后,有效抑制了湍流近壁区脉动,使得湍流耗散逐渐减弱,从而表现出减阻效果。