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Drag-reduction of a nonionic surfactant aqueous solution and its rheological characteristics

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Science China(Technological Sciences) 2012年第3期55卷 772-778页

作者： cai shupeng SUZUKI Hiroshi KOMODA Yoshiyuki Institute of High Pressure Water Jet Hunan University of TechnologyZhuzhou 412007China Graduate of Science and technology Kobe UniversityKobe 657-8501Japan

In order to develop turbulent drag-reducing technology by using an environmentally friendly additive in a water-transporting system,the drag reducing characteristics in a non-ionic surfactant(Oleyldimethylamineoxide,ODMAO) dilute aqueous solution flowing in a circular pipe of 5 mm diameter have been experimentally investigated with an air-driven fluid resistance test *** rheological characteristics of the solution have also been examined by a rheometer with a cone-plate flow *** results show that the ODMAO solutions are drag-reducing when concentration is 400 ppm or higher,that the critical Reynolds number corresponding to the maximum drag reduction rate increases with both concentration and temperature,and that the maximum drag reduction rate can reach up to 70% in the straight *** low shear rates,the shear viscosity of ODMAO solutions with a relatively high drag-reduction behaves similarly to Newtonian fluids;at above a certain critical shear rate,it is firstly shear-thickening,then *** shear-rate-dependent characteristics of the shear viscosity are attributed to the different transitions of micellar network structure induced by different shear *** of shear stress after removing an applied constant shear rate at which the solution is in the SIS(shear-induced structure) state is found to be well expressed by a 2-step Maxwell model with a tail relaxation time much shorter than that for a drag-reducing cationic surfactant,which indicates that for the ODMAO solution,a viscoelasticity as strong as a drag-reducing cationic surfactant is not needed to realize turbulent drag-reduction.

关键词： nonionic surfactant drag-reduction shear viscosity shear stress relaxation

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截面积突然扩大的胶束减阻流的紊流基本特性

机械工程学报 2019年第4期55卷 226-232页

作者：蔡书鹏汪志能李丹湖南工业大学机械工程学院株洲412007 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

为揭示胶束减阻水溶液突扩流的紊流基本特性,对质量分数分别为1×10^(-4)、4×10^(-4)的季铵盐CTAB稀薄水溶液通过一个横截面积比为1∶4的突扩管的流动局部阻力、阻力发展及压力分布特性进行了试验研究。结果显示,胶束减阻突扩流在紊流... 详细信息

为揭示胶束减阻水溶液突扩流的紊流基本特性,对质量分数分别为1×10^(-4)、4×10^(-4)的季铵盐CTAB稀薄水溶液通过一个横截面积比为1∶4的突扩管的流动局部阻力、阻力发展及压力分布特性进行了试验研究。结果显示,胶束减阻突扩流在紊流基本特性上与高分子减阻剂完全不同。当突扩进口流的雷诺数小于1.2倍的临界值时,突扩局部阻力损失系数以小于10%的量级小于纯水,压力恢复最大值大于纯水;当突扩来流大于1.2倍的临界值雷诺数时,突扩局部阻力损失略大于纯水,而压力恢复最大值与纯水基本相同。突扩进口为具有一定减阻效果的胶束减阻流,在突扩下游再次形成充分发展流所需要的压力恢复长度远大于纯水。突扩进口为暂时失去减阻效果的1×10^(-4)稀液流,于下游粗管内再次恢复稳定的减阻能力需要110倍下游管径。胶束稀液突扩流的上述紊流基本特性与胶束聚合结构的形成特性有关。

关键词：胶束突扩紊流基本特性

边界层中CTAB表面活性剂减阻水溶液的湍流特性

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力学学报 2008年第2期40卷 250-254页

作者：蔡书鹏杨林唐川林湖南工业大学水射流研究所株洲412008 重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆400074

为阐明表面活性剂水溶液的减阻作用,使用LDV对零压梯度的二维湍流平机边界层中的CTAB表面活性剂水溶液的湍流特性进行了实验研究.结果表明:与牛顿流体相比,CTAB水溶液边界层的黏性底层增厚;主流时均速度分布有被层流化的趋势,对数分布... 详细信息

为阐明表面活性剂水溶液的减阻作用,使用LDV对零压梯度的二维湍流平机边界层中的CTAB表面活性剂水溶液的湍流特性进行了实验研究.结果表明:与牛顿流体相比,CTAB水溶液边界层的黏性底层增厚;主流时均速度分布有被层流化的趋势,对数分布域上移;主流方向速度湍动强度峰值减小,且远离壁面,在靠近边界层中部,出现第2峰值;垂直于主流方向的速度湍动强度受到了大幅度抑制,雷诺应力沿着边界层厚度方向几乎为零.结果说明CTAB水溶液具有减弱湍流湍动各个成分相关度的作用,从而能够使雷诺应力降低、湍流能量生成项减小最终降低流体的输送动力.

关键词：表面活性剂水溶液湍流边界层湍流强度剪切诱导状态

氯化钠对添加剂水溶液低雷诺数减阻效果的影响

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机械工程学报 2016年第24期52卷 164-169页

作者：蔡书鹏罗彬文彭高段传伟湖南工业大学机械工程学院株洲412007

为了改善减阻剂的添加对低雷诺数水流的减阻效果,在试验确认阳离子表面活性剂减阻剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)减阻特性的基础上,测试氯化钠对CTAB稀薄减阻水溶液在10 mm圆管内低雷诺数水流阻力的改变特性。结果表明:添加氯化钠对表面... 详细信息

为了改善减阻剂的添加对低雷诺数水流的减阻效果,在试验确认阳离子表面活性剂减阻剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)减阻特性的基础上,测试氯化钠对CTAB稀薄减阻水溶液在10 mm圆管内低雷诺数水流阻力的改变特性。结果表明:添加氯化钠对表面活性剂CTAB低雷诺数水流确有明显的减阻增强作用;在较高的雷诺数范围内对减阻效果几乎没有影响;在远高于CTAB减阻起始质量分数下,氯化钠的添加才有增强低雷诺数水流减阻效果的作用。氯化钠在低雷诺数下的减阻增强效果随CTAB质量分数和本身添加质量分数的提高均加大,但在CTAB质量分数超过0.05%后,其减阻增强效果明显钝化。在雷诺数约为8 500时,添加0.6%的氯化钠于0.02%CTAB稀薄水溶液中,可使减阻效果由12%增强到26%。

关键词：氯化钠表面活性剂低雷诺数减阻增强

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表面活性剂减阻水溶液突扩流的阻力特性

力学学报 2018年第2期50卷 274-283页

作者：蔡书鹏汪志能段传伟李丹湖南工业大学机械学院湖南株洲412007 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

为揭示胶束水溶液突扩流的减阻特性,实验研究了质量分数为1×10^(-4),2×10^(-4)的十六烷基三甲基溴化铵水溶液通过管径比为1:1.52的突扩的流动阻力行为.实验结果表明,在直管段最大减阻率都可达到70%的两给定质量分数的胶束水溶液,其突... 详细信息

为揭示胶束水溶液突扩流的减阻特性,实验研究了质量分数为1×10^(-4),2×10^(-4)的十六烷基三甲基溴化铵水溶液通过管径比为1:1.52的突扩的流动阻力行为.实验结果表明,在直管段最大减阻率都可达到70%的两给定质量分数的胶束水溶液,其突扩局部阻力系数,在较低雷诺数区域,较牛顿流体仅有10%～20%程度的降低,呈现局部低减阻特性;在较高雷诺数区域远大于牛顿流体,尤其当突扩进口流快失去减阻能力时,甚至接近牛顿流体的1.5倍,呈现明显的局部增阻行为.胶束水溶液减阻流,在突扩下游再次形成充分发展流所需的下游长度,远大于牛顿流体的7.8倍下游管径(45倍突扩台阶高度),流入突扩前完全失去减阻能力的质量分数为2×10^(-4)的胶束水溶液流,所需的突扩下游长度达到最大,约合158倍下游管径(920倍突扩台阶高度).通过胶束水溶液流变特性的实验分析认为,减阻水溶液突扩流的阻力行为与它的胶束网联结构的形成及松弛的时间特性密切相关.

关键词：突扩局部阻力系数减阻胶束网状结构松弛

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柔性管与紊流耦合的减阻特性

机械工程学报 2007年第10期43卷 41-45页

作者：蔡书鹏唐川林张凤华湖南工业大学高压水射流及湍流技术重点试验室

为探讨柔性管与紊流耦合的减阻特性和初步机理，使用双重管结构，对柔性管的减阻特性进行试验研究，采用激光传感测位仪对柔性管外壁的位移脉动特性及其与柔性管减阻率之间的相关性进行研究。结果表明，壁厚越小，雷诺数越大，柔性管减... 详细信息

为探讨柔性管与紊流耦合的减阻特性和初步机理，使用双重管结构，对柔性管的减阻特性进行试验研究，采用激光传感测位仪对柔性管外壁的位移脉动特性及其与柔性管减阻率之间的相关性进行研究。结果表明，壁厚越小，雷诺数越大，柔性管减阻率越大；在双重管结构及雷诺数约为3×10^4时，壁厚为2mm、3mm及4mm柔性管的减阻率依次约为16％、11％、9％；管外壁位移脉动的低频方均根值与减阻率存在正相关关系；在高雷诺数下，由于使用理论模型计算的管径膨胀引起的减阻率偏低，单重管的减阻率比实际值偏高。

关键词：柔性管双重管耦合脉动位移紊流减阻

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气举技术在矿物开采中的实验研究

应用基础与工程科学学报 2009年第3期17卷 374-379页

作者：唐川林蔡书鹏胡东杨林湖南工业大学水射流研究所湖南株洲412008 重庆交通大学机电学院重庆400074

选用普通河沙作为实验颗粒,在实验室内模拟气举采矿,研究影响气举工作特性的关键因素.在浸入率相同的情况下通过改变喷嘴布置方式来测量提升管出口端排液量、排沙量和提升效率.实验结果表明,出现最佳工况所对应的气体流量值为Qg∈(36,40... 详细信息

选用普通河沙作为实验颗粒,在实验室内模拟气举采矿,研究影响气举工作特性的关键因素.在浸入率相同的情况下通过改变喷嘴布置方式来测量提升管出口端排液量、排沙量和提升效率.实验结果表明,出现最佳工况所对应的气体流量值为Qg∈(36,40)m3/h;气举结构参数的变化对气举提升性能有显著影响,采用5个喷嘴时气举的工作特性最好,而采用不同气流喷射角度时,对应于α切=10°其气举工作特性在气量值约为Qg=37m3/h时达到最佳.

关键词：气举进气方式排液量排沙量效率

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表面活性剂水溶液的减阻机理分析

湖南工业大学学报 2010年第4期24卷 43-45页

作者：蔡书鹏湖南工业大学水射流研究所湖南株洲412008

为探讨表面活性剂水溶液的减阻机理,介绍了表面活性剂减阻特点,评述各减阻机理假说,提出确保入口段长度,对基于PIV及LDV流场测试技术揭示表面活性剂减阻水溶液流的紊流结构和水动力学机理的重要性,指出准确测定剪切诱导状态的形成时间... 详细信息

为探讨表面活性剂水溶液的减阻机理,介绍了表面活性剂减阻特点,评述各减阻机理假说,提出确保入口段长度,对基于PIV及LDV流场测试技术揭示表面活性剂减阻水溶液流的紊流结构和水动力学机理的重要性,指出准确测定剪切诱导状态的形成时间和松弛时间对确定形成充分发展紊流所需入口段距离的必要性。

关键词：表面活性剂减阻机理紊流松弛时间

Shor's algorithm does not factor large integers in the presence of noise

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Science China(Information Sciences) 2024年第7期67卷 305-320页

作者： Jin-Yi cai College of Letters and Science University of Wisconsin

We consider Shor's quantum factoring algorithm in the setting of noisy quantum gates. Under a generic model of random noise for(controlled) rotation gates, we prove that the algorithm does not factor integers of the form pq when the noise exceeds a vanishingly small level in terms of n—the number of bits of the integer to be factored, where p and q are from a well-defined set of primes of positive density. We further prove that with probability 1-o(1) over random prime pairs(p, q), Shor's factoring algorithm does not factor numbers of the form pq, with the same level of random noise present.

关键词： random noise Shor's algorithm rotation gates quantum computing prime factorization