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突扩管中高聚物溶液减阻性能及流动特性研究

突扩管中高聚物溶液减阻性能及流动特性研究

作者：石若冉山东建筑大学

学位级别：硕士

在当今节能减排与环保意识逐步增强的社会背景下,添加剂减阻技术受到更加广泛的关注。作为添加剂的一种,高分子聚合物可在管道输运系统中起到减阻增输的作用,在石化、暖通等领域具有广阔的应用前景。另外,高聚物溶液作为非牛顿流体,也... 详细信息

在当今节能减排与环保意识逐步增强的社会背景下,添加剂减阻技术受到更加广泛的关注。作为添加剂的一种,高分子聚合物可在管道输运系统中起到减阻增输的作用,在石化、暖通等领域具有广阔的应用前景。另外,高聚物溶液作为非牛顿流体,也广泛应用于食品、医药等领域。然而,目前对于高聚物减阻的研究大多集中于直管中,对于管道系统中的局部构件,如突扩管等,研究还比较有限。突扩管内的回流导致了流动局部阻力损失,加大了运输过程的能耗,研究高聚物溶液在突扩管内的流动,可进一步提升对于减阻机理与流场特性的了解,在理论研究与工程应用方面具有重要价值。本文首先对国内外添加剂溶液的流动减阻研究进行梳理归纳,根据高聚物溶液的特性,选择Cross模型描述其剪切稀化性,选择FENE-P模型描述溶液的黏弹性。其次,将黏弹性本构方程FENE-P模型的张量形式进行笛卡尔坐标系展开,详述通过UDF宏与函数进行编译的方法,进行CFD软件的二次开发,实现与动量方程的耦合。最后,针对突扩管几何模型,进行网格划分、边界条件设置与计算模型验证,实现高聚物溶液的湍流减阻与层流流动的数值模拟计算,揭示高聚物的减阻性能和机理,探究不同流态的流动特性。基于剪切稀化Cross模型,进行纯水与不同浓度高聚物PAM溶液在突扩比为1.5与1.8圆管突扩的湍流流动模拟,分析减阻性能和影响因素,研究速度分布、压力分布、回流区长度、湍动能分布等流场特性,并通过Q准则涡识别技术,分析涡量分布,探究减阻机理。研究发现:(1)上、下游直管段中,减阻率随雷诺数的增大,呈现先增加而后减小的趋势,在本文的浓度研究范围内,减阻率随浓度的增加而增大,随管径的扩大而减小。(2)突扩段中,减阻性能相对于直管段,呈现显著降低;减阻率随雷诺数、突扩比的增大而减小,随浓度的增加仅出现极小幅度提高。(3)相较于纯水,PAM溶液流经突扩面后,主流区速度的减小较为缓慢,恢复至充分发展流的距离增长;突扩面后的压力增长速度也出现减缓,压力恢复最大值的位置滞后。PAM的加入同时也抑制了湍动能的增大,促使突扩段的湍动能最大值减小,直管段近壁面的湍动能明显降低。(4)PAM溶液中,回流区受分子链运动的影响,长度相对纯水增大;此外,随雷诺数增加,回流区长度呈现先增大后稳定的变化趋势,并随突扩比的增加而增大。(5)PAM分子链结构对突扩处的涡量产生影响,促使涡量分布沿轴向增加而沿径向减小,并造成最大涡量值的降低,这是突扩段产生减阻的首要原因。基于FENE-P黏弹性模型,对突扩比为2.4与4的二维突扩中纯水与高聚物溶液层流流动进行模拟,探究速度、压力、回流区等流动特性的变化,分析黏弹性流体流变参数对各阶段回流区的影响及变化规律。结果表明:(1)突扩面后的流动随雷诺数增大表现为三种发展阶段,即对称流动、存在两处回流区与三处回流区的不对称流动;突扩比的减小与高聚物的添加,使得阶段发生转变的两处临界雷诺数增大。(2)随流动发展阶段的演变,突扩面下游流动受回流区影响,速度波动更加明显,达到充分发展流动所需的距离增长。(3)高聚物溶液在管内的压降高于纯水,说明在层流流动中未表现出减阻效果。(4)不同流变参数对三个发展阶段回流区的影响存在差异,随着分子拉伸长度的增加与黏度比的减少,发展阶段Ⅰ的回流区缩短,发展阶段Ⅱ、Ⅲ的不对称性降低,第三回流区长度减小,并且流动可恢复至上一发展阶段;随着魏森伯格数的增加,发展阶段Ⅰ中回流区长度先减小后趋于稳定,发展阶段Ⅱ、Ⅲ的不对称性则先降低而后增强,第三回流区长度同样呈现先减小后增大的变化趋势。

关键词：高聚物突扩管减阻流动特性剪切稀化黏弹性

突扩管中高分子聚合物溶液湍流减阻的数值模拟

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山东建筑大学学报 2023年第6期38卷 31-38页

作者：石若冉张浩张志李茂林山东建筑大学热能工程学院山东济南250101 山东省绿色建筑协同创新中心山东济南250101

高分子聚合物添加剂减阻是实现管道减阻的重要方法之一,突扩管是管道系统中常见的管件,研究添加剂在其中的流动特性对流动减阻和节能减排有着重要意义。文章利用数值模拟法通过Cross模型模拟高分子聚合物聚丙烯酰胺(Polyacry lamide,PAM... 详细信息

高分子聚合物添加剂减阻是实现管道减阻的重要方法之一,突扩管是管道系统中常见的管件,研究添加剂在其中的流动特性对流动减阻和节能减排有着重要意义。文章利用数值模拟法通过Cross模型模拟高分子聚合物聚丙烯酰胺(Polyacry lamide,PAM)溶液在突扩管中的湍流流动,分析其流场、减阻规律以及回流区变化。结果表明:相同雷诺数时,PAM溶液工况的压力恢复最大值大于纯水工况的;随着雷诺数的增加,上游直管的减阻率先增大后减小;PAM溶液工况下突扩处局部阻力系数随着雷诺数的增加而增加,并表现出减阻效果,但其减阻率相较于直管段有明显减小;相同雷诺数下,PAM溶液中的回流区长度相比纯水的增加,这种变化及减阻效果的产生皆与湍动能的改变有关。

关键词：突扩管高分子聚合物减阻

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表面活性剂减阻及传热研究进展

区域供热 2022年第5期 150-158页

作者：张志张浩石若冉李茂林山东建筑大学热能工程学院山东省绿色建筑协同创新中心

表面活性剂能降低流动阻力、节约能源,在流体输配领域发挥重要作用。介绍了表面活性剂的特性、探讨了减阻机理,并梳理了减阻的影响因素,重点总结了国内外在添加单一表面活性剂减阻、耦合减阻以及传热强化角度对表面活性剂减阻的研究现状... 详细信息

表面活性剂能降低流动阻力、节约能源,在流体输配领域发挥重要作用。介绍了表面活性剂的特性、探讨了减阻机理,并梳理了减阻的影响因素,重点总结了国内外在添加单一表面活性剂减阻、耦合减阻以及传热强化角度对表面活性剂减阻的研究现状,最后介绍了表面活性剂在暖通空调领域的应用,对应用中可能存在的不足及发展前景进行探讨,为表面活性剂减阻技术的研究提供参考。

关键词：表面活性剂减阻传热暖通空调

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变径管湍流流动与传热特性数值模拟研究

区域供热 2022年第6期 99-105页

作者：石若冉张浩李茂林张志山东建筑大学热能工程学院山东省绿色建筑协同创新中心

为探究变径圆管的湍流流动和传热特性,利用数值模拟法对具有突缩突扩变径结构的对称二维圆管在约10^(4)~1.2×10^(5)雷诺数范围内的湍流工况进行研究,对其流场、阻力系数、回流区及温度场、努塞尔数的变化进行分析。结果表明:流体流经... 详细信息

为探究变径圆管的湍流流动和传热特性,利用数值模拟法对具有突缩突扩变径结构的对称二维圆管在约10^(4)~1.2×10^(5)雷诺数范围内的湍流工况进行研究,对其流场、阻力系数、回流区及温度场、努塞尔数的变化进行分析。结果表明:流体流经变径段前后产生了多处涡旋结构,其对下游影响相较上游更大,流动恢复充分发展需要更长的距离;随雷诺数的增加,直管段沿程阻力系数减小,变径结构处局部阻力系数在雷诺数大于79617后便保持稳定,回流区长度随之先增加,后当雷诺数大于99521后长度不再变化;变径段附近流体温度明显升高;平均努塞尔数随雷诺数增加呈现增长趋势。

关键词：变径湍流流动传热

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基于改进SP算法的多目标DOA估计方法

系统工程与电子技术 2024年第7期46卷 2294-2300页

作者：曹若石赵永波邱雨铖西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071

稀疏重构类算法在雷达目标参数估计中的应用一直是近年来的热门,但由于稀疏重构类算法的局限性,在进行目标波达方向(direction of arrival,DOA)估计时受到原子间的互相影响,从而使多目标测角精度降低。针对此问题,提出一种基于信号分离... 详细信息

稀疏重构类算法在雷达目标参数估计中的应用一直是近年来的热门,但由于稀疏重构类算法的局限性,在进行目标波达方向(direction of arrival,DOA)估计时受到原子间的互相影响,从而使多目标测角精度降低。针对此问题,提出一种基于信号分离迭代思想的松弛子空间追踪算法。首先求出回波信号与归一化后字典矩阵相关性最强的多个原子作为初步估计值,再利用初步估计的角度构建代价函数,反复估计直至代价函数收敛。仿真结果表明,所提算法减小了目标个数和相位差的影响,提高了多目标DOA估计的测角精度,同时相较于传统的松弛算法减少了运算量。

关键词：波达方向估计稀疏重构子空间追踪松弛算法

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几种建筑设备节能技术及其应用

几种建筑设备节能技术及其应用

2022供热工程建设与高效运行研讨会

作者：石若冉山东建筑大学

目前全球的科技水平处于空前密集活跃时期,节能技术一直是研究热门与发展趋势。在暖通领域,学者们多侧重于建筑设备方面的节能。在文章中,介绍了建筑设备节能技术中的热电冷联供技术、房间空调器的节能技术、绿色照明技术三种技术,从基... 详细信息

目前全球的科技水平处于空前密集活跃时期,节能技术一直是研究热门与发展趋势。在暖通领域,学者们多侧重于建筑设备方面的节能。在文章中,介绍了建筑设备节能技术中的热电冷联供技术、房间空调器的节能技术、绿色照明技术三种技术,从基本概念、应用及节能效果角度,对其进行了解,探究几种技术的节能效用,对未来发展进行展望。

关键词：建筑设备节能技术应用

来源： cnki会议评论

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表面活性剂的节能应用及减阻研究

表面活性剂的节能应用及减阻研究

基于数据挖掘探讨中医药治疗H型高血压病的用药规律

2022供热工程建设与高效运行研讨会

作者：石若冉山东建筑大学

向管道中加入少量添加剂是实现减阻的一个重要方式,表面活性剂作为添加剂之一有着深刻研究意义。在应用方面,大量学者对表面活性剂在区域供热制冷等领域进行了多项研究,来实现管道减阻,达到节能目的。为对表面活性剂进行深入了解,学者... 详细信息

向管道中加入少量添加剂是实现减阻的一个重要方式,表面活性剂作为添加剂之一有着深刻研究意义。在应用方面,大量学者对表面活性剂在区域供热制冷等领域进行了多项研究,来实现管道减阻,达到节能目的。为对表面活性剂进行深入了解,学者们利用实验法、模拟法对表面活性剂进行流动、传热、减阻等多方面展开研究。

关键词：表面活性剂节能应用减阻

来源： cnki会议评论

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中国中药杂志 2024年第9期49卷 2522-2531页

作者：石若玉李东东河南中医药大学河南郑州450000 河南省中医院河南郑州450000

基于R语言数据挖掘技术探讨中医药治疗H型高血压病的用药规律,为中药治疗H型高血压病提供依据与思路。通过检索中国知网(CNKI)、万方(Wanfang)、维普(VIP)、中国生物医学文献服务系统(SinoMed),搜集中药治疗H型高血压病的临床研究,筛选... 详细信息

基于R语言数据挖掘技术探讨中医药治疗H型高血压病的用药规律,为中药治疗H型高血压病提供依据与思路。通过检索中国知网(CNKI)、万方(Wanfang)、维普(VIP)、中国生物医学文献服务系统(SinoMed),搜集中药治疗H型高血压病的临床研究,筛选数据并使用Excel建立数据库。运用Rstudio软件进行药物功效分类,及四气五味、归经、使用频次、相关性、关联规则和聚类分析,探讨中医药用药规律。共得到中药处方191首,主要证型有痰湿壅盛证、痰瘀互结型、阴虚阳亢证等,使用中药169种,频次1875次,其中单次使用频次大于20次的药物为高频药物,共26种,依次为天麻、茯苓、制半夏、牛膝、甘草等,高频药物功效分类以补虚药、活血化瘀药、平肝息风药、利水渗湿药为主,药物四气以温、平为主,五味以甘、苦为主,归经以肝经、脾经为多,关联规则分析共得到14组常用药物组合,相关性分析得到相关系数高的20种药物组合,聚类分析得到6个药物组方。对痰湿壅盛证H型高血压病进行关联规则分析得到8组药对,相关性分析得到相关系数高的7种药物组合,聚类分析得到3个药物组方。结果显示,H型高血压病病理因素以“痰”“瘀”“虚”为主,病位在肝,涉及脾、肺等,常用中药有天麻、茯苓、制半夏、牛膝等,常用方剂为半夏白术天麻汤、天麻钩藤饮与补阳还五汤。该研究展示的用药规律可为临床中药治疗H型高血压病提供一定思路。

关键词： H型高血压病数据挖掘中医药用药规律

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三角形微沟槽壁面湍流减阻的数值研究

煤气与热力 2023年第3期43卷 18-24页

作者：李茂林张浩玄克勇张志石若冉山东建筑大学热能工程学院山东济南250101 山东省绿色建筑协同创新中心山东济南250101 山东林李建筑设计有限公司山东济南250014

针对三角形微沟槽壁面的流动减阻问题,应用RNG k-ε湍流模型对近壁处湍流进行描述,研究不同来流速度与雷诺数对微沟槽减阻效果的影响,分析微沟槽壁面与光滑壁面的速度场、湍动能、壁面切应力的特征。结果表明:所设计微沟槽结构减阻率随... 详细信息

针对三角形微沟槽壁面的流动减阻问题,应用RNG k-ε湍流模型对近壁处湍流进行描述,研究不同来流速度与雷诺数对微沟槽减阻效果的影响,分析微沟槽壁面与光滑壁面的速度场、湍动能、壁面切应力的特征。结果表明:所设计微沟槽结构减阻率随来流速度及雷诺数增加先增大后减小,减阻率最大达到10.23%。减阻主要原因为:相对于光滑壁面,微沟槽壁面近壁处形成低流速带,起到缓冲层的作用;微沟槽特殊形状抑制了展向流的发展,且槽谷内部壁面切应力相对较小。

关键词：微沟槽湍流减阻壁面切应力数值模拟

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