Використання змішувача нової конструкції для приготування водних розчинів поліакриламіду в потоці Тейлора-Куетта
Анотація
Подано результати експериментальних досліджень впливу ексцентриситету ротора відносно статора та розчинів поліакриламіду на коефіцієнт тертя в потоці Тейлора-Куетта. Кільцевий проміжок між ротором із діаметром 113 мм і статором із діаметром 142 мм заповнено водними розчинами поліакриламіду масовою концентрацією 100 ppm. Кільцевий проміжок між поверхнями циліндрів, який відповідав коаксіальному їх розташуванню, трансформувався у замкнений конфузорно-дифузорний під час зміни положення зовнішнього циліндра відносно внутрішнього. Виявлено залежність коефіцієнта тертя від числа Рейнольдса, ширини проміжку між ротором і статором за їх аксіального розташування та концентрації водних розчинів поліакриламіду. Зі збільшенням числа Рейнольдса спостережено зменшення коефіцієнта тертя для дослідженої концентрації розчину поліакриламіду, порівняно з водою. Для однакових значень числа Рейнольдса за концентрації розчину поліакриламіду 100 ppm отримано зменшення коефіцієнта тертя, порівняно з водою. Збільшення коефіцієнта тертя для дослідженої концентрації розчину поліакриламіду одержано зменшенням ширини проміжку. Для водних розчинів поліакриламіду, порівняно з водою, перше критичне число Рейнольдса має менше значення. При цьому значення коефіцієнта тертя, що відповідає цьому числу Рейнольдса, є більшим. Отримані результати свідчать про можливість приготування водних розчинів поліакриламіду в запропонованому змішувачі з використанням електродвигуна з регульованою швидкістю обертання.
Посилання
Alekseev, M. Y., Ylyn, Yu. A., Yhnatchyk, V. S., & Ylyna, S. Iu. (1991). Pokazately ekolohycheskoi bezopasnosty napornykh kollektorov system vodootvedenyia. Yzv. vuzov. Stroytelstvo y arkhytektura, 2, 73–77. [In Russian].
Zhuk, V., & Orel, V. (1995). Problemy vykorystannia hidrodynamichno aktyvnykh dobavok dlia zbilshennia propusknoi zdatnosti kanalizatsiinykh kolektoriv. Problemy Budownictwa i Inżynierii Środowiska: IV Naukowa Konferencja Rzeszowsko-Lwowska. Cz.II. Inżynieria Środowiska. Rzeszów, 15-16 wrzesień, 1995, (pp. 241–246). Rzeszów. [In Ukrainian].
Hart, J., Cotter, L., & Vine, J. (2011). Polymer Addition to Increase Trunk Sewer Flow Capacity at the Resort Municipality of Whistler during the 2010 Winter Olympic Games, 12 r. Retrieved from: https://www.kwl.ca/sites/default/files/WEF2011_JCH_Abstract.pdf
Andrade, R. M., Pereira, A. S., & Soares, E. J. (2015). Drag Reduction in Synthetic Seawater by Flexible and Rigid Polymer Addition Into a Rotating Cylindrical Double Gap Device. ASME J. Fluid Eng., 138(2), 1–10.
Khadom, A. A., & Abdul-Hadi, A. A. (2014). Performance of Polyacrylamide as Drag Reduction Polymer of Crude Petroleum Flow. Ain Shams Eng. J., 5(3), 861–865.
Kozlov, L. P. (1987). Hidrodynamichnyi efekt Tomsa i yoho mozhlyvi tekhnichni zastosuvannia. Visnyk AN URSR, 1, 23–33. [In Ukrainian].
Povkh, I. L. (1982). Zmenshennia turbulentnoho tertia – osnovne dzherelo ekonomii enerhii. Visn. AN URSR, 11, 66–74. [In Ukrainian].
Kaboorani, A., & Riedl, B. (2015). Surface modification of cellulose nanocrystals (CNC) by a cationic surfactant. Industrial Crops and Products, 65, 45–55. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.11.027
Wagih Abu Rowin, R. Sean Sanders, & Sina Ghaemi (2018). A Recipe for Optimum Mixing of Polymer Drag Reducers. Journal of Fluids Engineering, 140, 111–402.
Cherniuk, V. V., & Pitsyshyn, B. S. (). Zaiavka na vydachu patenta: Ukraina, Zmishuvach. a201612982; zaiavn. 19.01.2017. [In Ukrainian].
Taylor, G. I. (1923). Stability of a Viscous Liquid Contained between Two Rotating Cylinders. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. https://doi.org/10.1098/rsta.1923.0008
Davey, A. (1962). The growth of Taylor vortices in flow between rotating cylinders. Journal of Fluid Mechanics, 14(3), 336. https://doi.org/10.1017/S0022112062001287
Cole, J. A. (1976). Taylor-vortex instability and annulus-length effects. Journal of Fluid Mechanics, 75(1), 1. https://doi.org/10.1017/S0022112076000098
Huisman, S. G., Scharnowski, S., Cierpka, C., Kähler, C. J., Lohse, D., & Sun, C. (2013). Logarithmic Boundary Layers in Strong Taylor-Couette Turbulence. Physical Review Letters, 110(26), 264–501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett. 110.264501
Adebayo, D., Al-Ameri, J., Tyukin, I., & Rona, A. (2018). Linear stability analysis of the flow between rotating cylinders of wide gap. European Journal of Mechanics / B Fluids, 72, 567–575. https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2018.07.002
Adebayo, D., & Rona, A. (2015). The persistence of vortex structures between rotating cylinders in the 106 Taylor number range. Int. Rev. Aerosp. Eng. (I.RE.AS.E), 8(1), 16–25.
Campolo, M., Simeoni, M., Lapasin, R., & Soldati, A. (2015). Turbulent Drag Reduction by Biopolymers in Large Scale Pipes. Journal of Fluids Engineering, 137(4), 041102. https://doi.org/10.1115/1.4028799
Jones, W. M., & Marshall, D. E. (1969). Relaxation effects in Couette flow between rotating cylinders. British Journal of Applied Physics, 2(2), 809–814.
Groisman, A., & Steinberg, V. (1996). Couette-Taylor Flow in a Dilute Polymer Solution. Physical Review Letters, 77(8), 1480–1483. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.1480
Yi, M.-K., & Kim, C. (1997). Experimental studies on the Taylor instability of dilute polymer solutions. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 72(2–3), 113–139.
Sugiyama, K., Calzavarini, E., & Lohse, D. (2008). Microbubbly drag reduction in Taylor-Couette flow in the wavy vortex regime. Journal of Fluid Mechanics, 608. https://doi.org/10.1017/S0022112008001183
Koeltzsch, K., Qi, Y., Brodkey, R. S., & Zakin, J. L. (2003). Drag reduction using surfactants in a rotating cylinder geometry. Experiments in Fluids, 34(4), 515–530. https://doi.org/10.1007/s00348-003-0590-4
Ashrafi, N. (2011). Stability analysis of shear-thinning flow between rotating cylinders. Applied Mathematical Modelling, 35(9), 4407–4423. https://doi.org/10.1016/j.apm.2011.03.010
Labkovich, O. N. (2017). Reduction of Friction Losses due to the Vortex Flow of the Magnetic Fluid Caused by the Additives of Carbon Nanotubes Energetika. Pros. SIS Higher Educ. Inst. and Power Eng. Assoc., 60(3), 265–275.
Dutcher, C. S., & Muller, S. J. (2009). The effects of drag reducing polymers on flow stability: Insights from the Taylor-Couette problem. Korea-Australia Rheology Journal, 21(4), 223–233.
Greidanus, J., Delfos, R., & Westerweel, J. (2011). Drag reduction by surface treatment in turbulent Taylor-Couette flow. Journal of Physics: Conference Series, 318(8), 082016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/318/8/082016
Srinivasan, S., Kleingartner, J. A., Gilbert, J. B., Cohen, R. E., Milne, A. J. B., & McKinley, G. H. (2015). Sustainable rag Reduction in Turbulent Taylor-Couette Flows by Depositing Sprayable Superhydrophobic Surfaces. Physical Review Letters, 114(1), 014501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.014501
Eskin, D. (2014). Applicability of a Taylor-Couette device to characterization of turbulent drag reduction in a pipeline. Chemical Engineering Science, 116, 275–283. https://doi.org/10.1016/j.ces.2014.05.016
Greidanus, A. J., Delfos, R., Tokgoz, S., & Westerweel, J. (2015). Turbulent Taylor-Couette flow over riblets: drag reduction and the effect of bulk fluid rotation. Experiments in Fluids, 56, 107.
Popadiuk, I. Yu., Pitsyshyn, B. S., & Orel, V. I. (2018). Increase in friction in the Taylor-Coette flow using sodium carboxymethyl cellulose. Scientific Bulletin of UNFU, 28(10), 96–100. https://doi.org/10.15421/40281020
Pallavi Bhambri, & Brian Fleck. (2016). Drag reduction using high molecular weight polymersin Taylor-Couette flov. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development, 6(1), 59–72.
Lewis, G. S., & Swinney, H. L. (1999). Velocity structure functions, scaling, and transitions in high-Reynolds-number Couette-Taylor flow. Physical Review. E, Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics, 59(5 Pt B), 5457–5467. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.59.5457
Wendt, F. (1933). Turbulente Strömungen zwischen zwei rotierenden konaxialen Zylindern. Ingenieur-Archiv, 4(6), 577–595. https://doi.org/10.1007/BF02084936
Lathrop, D. P., Fineberg, J., & Swinney, H. L. (1992). Transition to shear-driven turbulence in Couette-Taylor flow. Physical Review A, 46(10), 6390–6405. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.46.6390
Kalashnikov, V. N. (1998). Dynamical similarity and dimensionless relations for turbulent drag reduction by polymer additives. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 75(2–3), 209–230. https://doi.org/10.1016/S0377-0257(97)00093-1
Sreenivasan, K. R., & White, C. M. (2000), The onset of drag reduction by dilute polymer additives, and the maximum drag reduction asymptote. J. Fluid Mech., 409, 149–164.
White, C. M., Somandepalli, V. S. R., & Mungal, M. G. (2004). The turbulence structure of drag-reduced boundary layer flow. Experiments in Fluids, 36(1), 62–69. https://doi.org/10.1007/s00348-003-0630-0
Авторське право (c) 2018 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
