[发明专利]一种降低圆管发展湍流段的减阻实验装置及其使用方法

说明书

本发明涉及表面活性剂减阻实验领域，特别涉及一种降低圆管湍流发展段的减阻实验装置及其使用方法。本方法是在整个减阻实验装置的循环回路中的进液腔室和测试段的连接处固定安装一特定形状的扰动流体流动状态的装置‑内齿型扰流装置。在进行实验时，循环回路的溶液通过内齿型扰流装置，在内齿型扰流装置的作用下，圆管内溶液在管口近管壁区的流动状态发生一定的改变，加快溶液从层流向湍流状态的转变。本发明解决了形成完全湍流状态测试管较长的问题，降低了进口段长度，可以较早实现层流向完全湍流的转变，节约了实验成本，提高了实验效率，达到了降低了对实验室的要求的目的，使得实验更为便利。

技术领域

本发明涉及表面活性剂减阻实验领域，特别涉及一种降低圆管湍流发展段的减阻实验装置。

背景技术

表面活性剂湍流减阻技术是在长距离液体输送或者液体循环系统中可有效利用的节能措施之一有着广泛的应用前景,对提高能源利用效率,保护生态环境等都有着重要的意义。因此进行表面活性剂的减阻实验对实际生产应用有一定的指导意义。但由于表面活性剂减阻现象只能在流体处于湍流状态下才能发生，而当溶液处于层流时，减阻是不会发生的。因此，鉴于表面活性剂减阻的这种特性，设计的减阻实验装置的测试管长度必须满足流体通过时，其流动状态从层流完全转变为湍流。当在圆管中进行流体减阻的实验时，流体在圆管的流动状态随着雷诺数的变化而逐渐发展为稳定湍流，这种转变需要一定时间。由于不同管径的圆管进行减阻实验需求的充分发展湍流段的长度要求也不一致，随着减阻实验圆管管径的不断增大需求的发展段的会更长，这就导致整个搭建的实验平台也随之增大，进而对实验室的场地范围也提出了更高的要求。

但是在现有的减阻特性的实验研究中，由于湍流减阻的特性决定了流体必须在完全湍流状态下才会产生减阻效果。因此减阻实验的前提是测试管中溶液的流动状态要达到完全湍流。对于不同的管径要求的发展段长度都不一样。大多数减阻实验都是在小管径或者微通道中进行的，因为这样可以在较短测试管中实现完全湍流，但对于大管径的减阻实验进行的很少。如：江苏大学禹燕飞实验管径分别为5mm、10mm、20mm，发展段长度根据经验公式L≧138D设计；大连理工大学刘兴华做的就是微通道的减阻流动特性研究；忽略了大管径对减阻的影响效果，同时对于大管径的发展段长度也没有明确的设计标准。

目前，国内现有减阻特性实验装置中，很少考虑到降低充分发展的长度。如专利CN201310019881.7和CN200710117757.9，只是依据早期学者进行的一些湍流实验得出的经验公式设计的发展段长度。虽然实现了充分发展的湍流状态，可以实现减阻数据的测量，但在进行较大管径的表面活性剂减阻实验时，则需要的发展段很长，增加了实验的复杂性和实验成本。在国外减阻实验中也有一些增加扰动的设置：如Moon／Rudinger，1977设计的阶梯形；ould／Stevernson。1990设计的的喷嘴装置。阶梯型的扰动装置和喷嘴装置在一定程度上也增加了湍流转变，但对于管径的要求有一定的局限性，加工设计亦不如内齿型扰流装置方便，内齿型扰流装置可以适应于不同管径的场合，并且其安装更换拆卸都方便。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种降低圆管发展湍流段的减阻实验装置及其使用方法。

本发明的目的是这样实现的：一种降低圆管发展湍流段的减阻实验装置，包括，储液箱、搅拌器、测试段、内齿型扰流器、进液腔室、出液腔室、出液管、进液管、循环泵、滤网、排沫阀、微差压变送器、电磁流量计，储液箱内设置有搅拌装置，储液箱下部连接有进液管，进液管另一端连接至进液腔室，进液管上从靠近储液箱一端开始依次设置有循环泵和电磁流量计，进液腔室内设置有滤网和排沫阀，进液腔室另一端连接测试段，测试段另一端连接至出液腔室，进液腔室与测试段的连接处设置有内齿型扰流器，测试段上靠近出液腔室的一端设置有微差压变送器，出液腔室另一端连接出液管，出液管另一端连接至储液箱。

一种降低圆管发展湍流段的减阻实验装置的使用方法，包括如下步骤：