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油相減阻劑從其結(jié)構(gòu)看,多數(shù)是流狀鏈或長(zhǎng)直鏈少側(cè)鏈的高分子聚合物,是高分子聚-σ烯烴,分子量高達(dá)106~107。這種高分子聚合物純劑為橡膠狀固體,作為商品,一般是溶在烴類(煤油)的溶液中。10%的減阻劑溶液呈非常粘稠的粘彈性體,較難流動(dòng),可拔成很長(zhǎng)的絲。高聚物減阻劑能溶于原-油或油品中,但不溶于水,遇水發(fā)生分子長(zhǎng)鏈卷曲。減阻劑溶液呈強(qiáng)牛頓特性,低剪切率下粘度高達(dá)3000Pa·S,120℃以下不會(huì)分解,比較穩(wěn)定。
減阻作用是一種特殊的湍流現(xiàn)象,減阻效應(yīng)是減阻影響湍流場(chǎng)的宏觀表現(xiàn),它是一個(gè)純物理作用。減阻劑分子與油品的分子不發(fā)生作用,也不影響油品的化學(xué)性質(zhì),只是與其流動(dòng)特性密切相關(guān)。在湍流中,流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度隨機(jī)變化著,形成大大小小的旋渦,大尺度旋渦從流體中吸收能量發(fā)生變形、破碎,向小尺度旋渦轉(zhuǎn)化。小尺度旋渦又稱耗散性旋渦,在粘滯力作用下被減弱、平息。它所攜帶的部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而耗散。在近管壁邊層內(nèi),由于管壁剪切應(yīng)力和粘滯力的作用,這種轉(zhuǎn)化更為嚴(yán)重。
在減阻劑加入到管道以后,減阻劑呈連續(xù)相分散在流體中,靠本身特有的粘彈性,分子長(zhǎng)鏈順流向自然à-伸呈流狀,其微元直接影響流體微元的運(yùn)動(dòng)。來自流體微元的徑向作用力作用在減阻劑微元上,使其發(fā)生扭曲,旋轉(zhuǎn)變形。減阻劑分子間的引力抵抗上述作用力反作用于流體微元,改變流體微元的作用方向和大小,使一部分徑向力被轉(zhuǎn)化為順流向的軸向力,從而減少了無用功的消耗,宏觀上得到了減少摩擦阻力損失的效果。
在層流中,流體受粘滯力作用,沒有像湍流那樣的旋渦耗散,因此,加入減阻劑也是徒勞的。隨著雷諾數(shù)增大進(jìn)入湍流,減阻劑就顯露出減阻作用。雷諾數(shù)越大減阻效果越明顯。當(dāng)雷諾數(shù)相當(dāng)大,流體剪切應(yīng)力足以破壞減阻劑分子鏈結(jié)構(gòu)時(shí),減阻劑降解,減阻效果反而下降,甚至完全失去減阻作用。減阻劑的添加濃度影響它在管道內(nèi)形成彈性底層的厚度,濃度越大,彈性底層越厚,減阻效果越好。理論上,當(dāng)彈性底層達(dá)到管軸心時(shí),減阻達(dá)到極限,即最大減阻。減阻效果還與油品粘度、管道直徑、含水、清管等因素有關(guān)。