聚丙烯酰胺水溶液在多孔介质中的流动与换热实验研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vincechuang
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分别以阳离子型和阴离子型的聚丙烯酰胺水溶液为实验对象,研究质量浓度、剪切速率、温度对聚丙烯酰胺水溶液流变特性的影响。流变实验结果表明,PAM水溶液在浓度为0.5-2.0g/L内时,其表观粘度呈现线性增长,随着浓度升高而增加;表观粘度随着剪切速率的增大而减小;随温度的增加而降低。流动特性指数n和稠度系数K随温度、浓度的变化符合幂律流体特性。综合温度、浓度的影响,拟合出表观粘度关于浓度、温度的关联式。通过对PAM水溶液粘弹性的测定,发现在实验浓度范围内,角频率较低时,PAM溶液的粘性大于弹性。采用水和PAM水溶液作为铜球颗粒填充的多孔介质内流动换热的实验流体,流动实验发现,在双对数坐标系中的低雷诺数区域,雷诺数增大,摩擦系数呈现线性下降的趋势;同一浓度的PAM溶液,温度升高,雷诺数Red相同时,对应的摩擦系数增大;温度不变,浓度越高,非牛顿性越强的PAM溶液从Darcy流动区域转变为过渡区域的所需的临界广义雷诺数越小。通过铜板加热器给予多孔介质恒定的热流密度,改变流体入口速度和PAM溶液的浓度,研究幂律流变参数对对流换热系数的影响。实验结果表明,保持流体入口温度恒定,增大流速,水和PAM溶液的局部对流换热系数都随之增大,说明流速是加强多孔介质内对流换热性能的重要参数。相同实验工况下,对比水和PAM溶液在多孔介质通道内的局部表面对流换热系数hx和无量纲长度x/De的曲线,发现水的换热进口段较短,流入多孔介质后很快达到换热充分发展阶段,PAM溶液的换热进口段比水的长,流动一段比较长的距离之后才达到换热充分发展阶段。实验研究不同浓度的PAM溶液,流动特性指数n越小的PAM溶液,对流换热系数越低,换热效果越差。PAM溶液非牛顿性越弱,即n值越大时,提高流速对强化对流换热的影响更明显。
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