Ảnh hưởng của tính chất phi Niu-Tơn trong dòng chất lỏng giảm lực cản surfactant

Bài viết Ảnh hưởng của tính chất phi Niu-Tơn trong dòng chất lỏng giảm lực cản surfactant nghiên cứu tập trung vào các ảnh hưởng của các tính chất phi Niu-tơn lên ứng xử ma sát và lên cấu trúc trong dòng chất lỏng giảm lực cản surfactant.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 ẢNH HƯỞNG CỦA TÍNH CHẤT PHI NIU-TƠN TRONG DÒNG CHẤT LỎNG GIẢM LỰC CẢN SURFACTANT Nguyễn Anh Tuấn Trường Đại học Thủy lợi, email: tuan_na_mxd@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Khả giảm lực cản cho lượng nhỏ chất phụ gia polymer surfactant vào dòng chảy rối chủ đề cho nhiều nghiên cứu giúp tiết kiệm lượng Hơn 70 năm qua kể từ phát tượng [1], tương tác chất phụ gia polymer surfactant với chuyển động xoáy rối dẫn đến tượng giảm lực cản chưa hiểu đủ Các loại chất lỏng polymer hay surfactant có khả biểu tính chất phi Niu-tơn Ví dụ dung dịch surfactant loãng thể thay đổi độ nhớt giãn bất thường chịu ảnh hưởng ứng suất trượt có giá trị định Các nghiên cứu có xu hướng nhấn mạnh vào tính chất phi Niu-tơn chất lỏng giảm lực cản surfactant nhằm làm sáng tỏ mối quan hệ tính chất phi Niu-tơn tượng giảm lực cản Mục đích nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng tính chất phi Niu-tơn lên ứng xử ma sát lên cấu trúc dòng chất lỏng giảm lực cản surfactant bromide (CTAB), có nồng độ 500ppm theo trọng lượng Counterion pha với dung dịch thí nghiệm sodium chloride (NaCl) Hai loại tổ hợp surfactant-counterion 500ppm  500ppm  10 tương ứng nồng độ counterion nồng độ mol surfactant (cái thứ nhất) thứ hai nồng độ counterion gấp 10 lần nồng độ mol surfactant Các kết thí nghiệm thu thập, phân tích thảo luận PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp thí nghiệm sử dụng nghiên cứu Độ nhớt trượt chất lỏng surfactant đo thiết bị đo lưu biến Haakae Rheostress 600 Hệ số ma sát đo với đường ống tiết diện trịn có đường kính 10mm Để khảo sát profile vận tốc thông số rối dịng chất lỏng surfactant, chúng tơi sử dụng phương pháp PIV ống có đường kính 10mm Phụ gia surfactant dùng cho thí nghiệm cetyltrimethylammonium Hình Sơ đồ mơ tả thí nghiệm đo dịng phương pháp PIV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Độ nhớt trượt Đối với dung dịch surfactant có nồng độ 500ppm, tạo tượng giảm lực cản dịng chảy rối thay đổi độ nhớt khơng thể bị loại bỏ Hình biểu diễn độ nhớt trượt dung dịch surfactant 45 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 500ppm  500ppm  10 hàm tốc độ trượt Chất lỏng Niu-tơn glycerin 50% đo cho thấy độ nhớt glycerin số, không thay đổi theo tốc độ trượt, phù hợp với tính chất chất lỏng Niu-tơn Trong đó, chất lỏng surfactant thể tính chất phi Niu-tơn thay đổi theo giá trị tốc độ trượt Chất lỏng surfactant 500ppm  thể ứng xử shear-thinning (độ nhớt giảm tốc độ trượt tăng) Trong đó, chất lỏng surfactant 500ppm  10 thể đặc tính độ nhớt giống chất lỏng Niu-tơn tốc độ trượt khoảng từ 10 đến 100 (1/s) Tuy nhiên tốc độ trượt tăng 100 đến 300 (1/s) độ nhớt dung dịch tăng mạnh Sau độ nhớt dung dịch giảm dần tốc độ trượt tiếp tục tăng lên Hệ số ma sát thành ống (Hình 3) dung dịch surfactant xác định đường ống có đường kính 10mm Trong biểu đồ này, số Reynolds xác định dựa theo độ nhớt nước Tuy nhiên ứng suất trượt thành ống xác định theo tổn thất áp suất đường ống τw = ∆p.d/4l độ nhớt trượt để tính tốn số Reynolds với giá trị ứng suất trượt hệ số ma sát thành ống có thay đổi nhiều Dung dịch surfactant 500ppm  thể giảm lực cản lớn với số Reynolds khoảng 8000 Trong đó, dung dịch surfactant 500ppm  10 vấn thể giảm lực cản lớn với số Reynolds lên đến 50000 Hình Độ nhớt trượt dung dịch surfactant hàm tốc độ trượt Hình Biểu đồ vận tốc dung dịch surfactant 500ppm x1 với số Reynolds khác 3.3 Biểu đồ vận tốc 3.2 Hệ số ma sát Hình biểu đồ profile vận tốc dung dịch surfactant 500ppm  sử dụng phương pháp PIV cho đường ống trịn có đường kính 10mm với số Reynolds khác Dịng dường trạng thái chảy tầng số Reynolds 3000 5000 Khi số Reynolds tăng lên 8000 dịng có xu hướng chuyển sang trạng thái chảy rối Điều cho thấy dịng chất lỏng giảm lực cản, độ nhớt dung dịch surfactant 500ppm  thay đổi theo mặt cắt ngang ống Hình Hệ số ma sát dung dịch surfactant hàm số Reynolds xác định dựa độ nhớt nước 3.4 Ứng suất Reynolds Đối với dung dịch surfactant 500ppm  1, mức độ giảm lực cản thấp ứng với số 46 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Reynolds khoảng 5000 đến 8000 Ở điều kiện giảm lực cản này, ứng suất Reynolds xác định theo công thức Giesekus [2] Kết ứng suất Reynolds với số Reynolds khác vẽ đồ thị Hình Ứng suất nhớt có đóng góp đáng kể cho tổng ứng suất toàn mặt cắt ngang ống Gần tâm ống xuất ứng suất Reynolds có giá trị nhỏ (a) Rew = 5000 KẾT LUẬN Các yếu tố ma sát profile vận tốc dòng chảy rối chất lỏng giảm lực cản so sánh với chảy rối chất lỏng Niu-tơn độ nhớt trượt giá trị tốc độ trượt thành ống sử dụng cho số Reynolds độ nhớt trượt cục sử dụng cho khoảng cách với thành ống dạng không thứ nguyên Trên sở này, giảm lực cản lớn rõ ràng cho độc lập với số Reynolds Tuy nhiên, khơng có độ nhớt trượt giải thích cho khác biệt ứng suất Reynolds đo ứng suất Reynolds tính tốn từ biên dạng vận tốc trung bình Các profile vận tốc ứng suất Reynolds mức giảm lực cản tối đa hiểu gia tăng độ nhớt hiệu dụng cục dòng chảy tầng chất lỏng phi Niu-tơn Rõ ràng độ nhớt phải sử dụng để thảo luận mối quan hệ dao động vận tốc tương quan, chi tiết tương tác phân tử surfactant hỗn loạn dòng rối phải cần thêm nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] (b) Rew = 8000 [2] Hình Ứng suất Reynolds dung dịch surfactant 500ppm  mô tả hàm theo khoảng cách từ thành ống đến tâm dòng chảy 47 Toms BA (1948) Some observations on the flow of linear polymer solutions through straight tubes at large Reynolds number Proceedings First International Rheology Congress North Holland Publication Co Amsterdam 2:135 Giesekus H (1981) Structure of turbulent in drag reducing fluids Lectures series 1981-86 Von Karman Institute for Fluid Dynamics, Rhode-Saint-Genese (Belgium)  ... trượt Chất lỏng Niu-tơn glycerin 50% đo cho thấy độ nhớt glycerin số, không thay đổi theo tốc độ trượt, phù hợp với tính chất chất lỏng Niu-tơn Trong đó, chất lỏng surfactant thể tính chất phi Niu-tơn. .. tốc độ trượt Chất lỏng surfactant 500ppm  thể ứng xử shear-thinning (độ nhớt giảm tốc độ trượt tăng) Trong đó, chất lỏng surfactant 500ppm  10 thể đặc tính độ nhớt giống chất lỏng Niu-tơn tốc... nhỏ (a) Rew = 5000 KẾT LUẬN Các yếu tố ma sát profile vận tốc dòng chảy rối chất lỏng giảm lực cản so sánh với chảy rối chất lỏng Niu-tơn độ nhớt trượt giá trị tốc độ trượt thành ống sử dụng cho