含表面活性剂污染湍流鼓泡槽流中的聚合物减阻
流体动力学
2021-10-18 v3
摘要
聚合物添加剂常用于各种应用中以调控鼓泡流。在此,我们研究了在牛顿和黏弹性湍流槽流中由下向上驱动(上流)的洁净与污染气泡的效应。采用高效的三维有限差分/前沿追踪方法,进行了界面解析直接数值模拟,以考察可溶性表面活性剂与黏弹性各自的及联合的效应。不可压缩流动方程与 FENE-P 黏弹性模型以及控制界面与体相表面活性剂浓度的方程完全耦合求解。后一耦合通过关联表面张力与表面活性剂浓度的非线性状态方程实现。对于牛顿湍流鼓泡流,考察了 Triton X-100 与 1-Pentanol 表面活性剂的影响。观察到吸附动力学高度影响鼓泡流的动力学。发现微量 Triton X-100 即足以阻止气泡团簇的形成并恢复单相行为,而即便多两个数量级的 1-Pentanol 表面活性剂也不足以阻止层状结构的形成。对于黏弹性湍流,发现黏弹性促进了气泡-壁面层的形成,因而对于无表面活性剂的鼓泡流,聚合物减阻完全丧失;而在此体系中加入少量表面活性剂(Triton X-100)可恢复聚合物减阻,在 情形下实现 的减阻。
引用
@article{arxiv.2110.05101,
title = {Polymer drag reduction in surfactant-contaminated turbulent bubbly channel flows},
author = {Daulet Izbassarov and Zaheer Ahmed and Pedro Costa and Ville Vuorinen and Outi Tammisola and Metin Muradoglu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.05101},
year = {2021}
}