黏弹性蠕虫状胶束凝胶的湍流减阻
流体动力学
2021-10-15 v1
摘要
长链黏弹性表面活性剂溶液（VES）已广泛应用于油气行业，特别是在水力压裂与砾石充填作业中，因高泵送速率而常达到湍流。受此驱动，我们实验研究了室温下形成凝胶的一类少受关注的蠕虫状胶束溶液的管道湍流。通过旋转流变仪表征流体，并利用激光多普勒测速仪（LDA）测量湍流速度与雷诺应力剖面。在递增的雷诺数下研究三种表面活性剂浓度。以水、部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）与黄原胶（XG）的半稀溶液之湍流流场作为对比。我们的研究表明，蠕虫状胶束凝胶的凝胶状结构在湍流中大多被破坏，尤其在近壁区域，结果显示存在水层。低浓度表面活性剂的湍流在整个管道大部分区域呈现类牛顿流场，其能谱显示随波数呈 -5/3 幂律标度；而较高浓度导致减阻及大波数下更低的功率谱密度。对最大减阻（MDR）下高分子流体与蠕虫状胶束溶液流动的比较显示相当的减阻效果，伴随雷诺剪切应力的大幅下降，以及由于大流向脉动与近零壁法向脉动导致的缓冲层湍流各向异性增强。此外，聚合物与胶束凝胶的 MDR 区均受 Virk 渐近线约束，意味着 MDR 下减阻机制相似。
引用
@article{arxiv.2110.07086,
title = {Turbulent drag reduction of viscoelastic wormlike micellar gels},
author = {Rodrigo S. Mitishita and Gwynn J. Elfring and Ian A. Frigaard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.07086},
year = {2021}
}