刚性聚合物减阻流动中的近壁润滑层

当前关于聚合物减阻（DR）机制的理论通常适用于形成粘弹性溶液的长链柔性聚合物。产生减阻的刚性聚合物溶液似乎缺乏普遍的粘弹性特征。然而，它们确实表现出更大的粘度和明显的剪切稀化趋势，可以用广义牛顿模型很好地近似。以下实验研究考察了黄原胶水溶液在湍流通道流动中的流动统计特性，摩擦雷诺数（$Re_{\tau}$）介于160和680之间。减阻量在28%到33%之间变化不显著。速度场采用平面粒子图像测速法测量，稳态剪切流变学采用扭转流变仪测量。结果用于表征在不同 $Re_{\tau}$ 且减阻变化可忽略的情况下聚合物减阻流动的流动统计特性；这种参数研究此前仅由数值模拟考虑过。平均速度和雷诺应力剖面随 $Re_{\tau}$ 增加的变化类似于在牛顿湍流中观察到的修正。具体而言，内归一化平均速度剖面在不同 $Re_{\tau}$ 下重叠，雷诺应力的大小随 $Re_{\tau}$ 增加单调增长。平均粘度相对于壁面法向位置的剖面显示，在紧邻壁面的区域存在一个由低粘度流体组成的薄层。该薄层之外的流体具有显著更大的粘度。我们推测，内部“润滑”层与外部层之间剪切粘度的分界在缓冲层中培育了流体滑移，并在对数层中引起了向上偏移；这一假说类似于利用壁面润滑和超疏水表面进行减阻。