[发明专利]一种高分子聚合物溶液的全流态减阻特性实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及高分子聚合物溶液的流动减阻特性研究领域，特别涉及了一种高分子聚合物溶液的全流态减阻特性实验装置。

背景技术

在流体中加入少量的添加剂就可以使得其摩擦阻力大幅度减小，这一现象被称为添加剂减阻。自添加剂减阻发现以来，经过多年研究，已成功应用到石油开采及输运、农田灌溉、船舶航运、工程消防、泄洪排涝以及医学工程等领域内。目前，在全球能源危机，倡导节能减排的大环境下，减阻剂的工程应用研究将越来越受关注。目前发现的减阻剂主要可分为表面活性剂和高分子聚合物。虽然大多数表面活性剂减阻性能良好、抗降解性好，但是由于本身的化学性质，这使得其很难应用于一些特殊领域。而高分子聚合物由于自身的优点，特别是天然高分子聚合物，近来得到广大科研工作者的广泛重视。针对不同应用领域，通过高分子聚合物减阻特性的实验研究，寻找性能最佳的减阻剂，显得尤为重要。

在现有的高分子聚合物溶液的减阻特性实验中，采用单管路闭式循环回路系统进行实验，忽略了不同管径对于减阻特性的影响，虽然有些实验装置考虑到这一问题，但采用更换管路的方法，增加了实验操作的复杂性，提高了实验台的搭建成本，而由于多次的拆卸，会降低实验设备的精确度和稳定性，对实验结果的准确性产生很大影响。此外，现有实验装置都只能研究在湍流状态下，流体中加入添加剂后的减阻特性，很少有实验涉及到添加剂对于流态转捩的影响，而这一现象对于添加剂减阻机理的研究也是至关重要的。

国内减阻特性实验装置，大多很少考虑到管径效应对于减阻特性的影响，如专利号：CN200910022073.X和CN200710117757.9，均只采用单管路闭式循环回路，忽略了对不同管径下添加剂减阻特性的实验研究。此外，这些实验装置无一例外只研究了湍流状态下的添加剂减阻特性，忽略了添加剂对于流态从层流向湍流的转捩的影响。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种高分子聚合物溶液的全流态减阻特性实验装置，能够满足在不更换管路的前提下，在多种不同管径中进行减阻特性实验，且能够在同一个实验装置中，使得流体流态平稳的从层流过渡到湍流。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高分子聚合物溶液的全流态减阻特性实验装置，包括储液装置、动力装置、稳压装置、测试装置以及连接各装置的管路系统，所述储液装置包括储液箱和接水盒，储液箱和接水盒由出液管连接，所述动力装置包括离心泵和变频器，离心泵和储液箱通过第一进液管连接，所述稳压装置包括进液箱以及设置在进液箱上的第一阀门、第二阀门和压力表，进液箱和离心泵通过第二进液管连接，所述进液箱上的第二阀门通过回流管与储液箱连接，所述测试装置包括测试管、差压变送器、流量计以及数据采集处理器，流量计设置在第二进液管上并与变频器连接，差压变送器与流量计和数据采集处理器电路相连，所述差压变送器与测试管相连，所述测试管由三根不同管径的有机玻璃管并联布置。

本发明的进一步改进和特点在于：

所述储液箱内部由溢流板分隔成左右两个腔室，两个腔室的下部均设置了放空阀；所述接水盒内部分为三个部分：左右两边为排水槽，中间为测量槽，这三个部分的下部均由管路与出液管连通，所述出液管伸入到储液箱的右腔室中。

所述进液箱内部设置有溢流挡板和整流栅，所述第二进液管伸入进液箱。 

所述测试管的每根有机玻璃管分为四段：入口稳定段、检测段、出流段和尾段，入口稳定段与墨水盒通过毛细管连通，检测段与差压变送器相连，出流段设置有阀门，尾段后部接软管。 

所述数据采集处理器为计算机。流量计实时传输流量数据给变频器，由变频器控制离心泵的转速来调节管路流量。

本发明的具体措施和效果说明如下：

本发明的实验方法，是在一个液体循环系统中，在测试管段加装差压变送器，通过计算机检测：⑴相同减阻剂浓度不同流量下差压变送器读数；⑵相同流量不同减阻剂浓度下差压变送器读数；⑶相同减阻剂浓度相同流量不同剪切时间下差压变送器读数，并将其与相同条件下对照液体检测的差压变送器读数进行对比，以此来评价减阻剂的减阻特性。

实验过程中，首先由流量计实时传送流量数据给变频器，通过变频器来调节离心泵的转速，从而控制管道中的溶液流量，计算机采集流量计和差压变送器的数据，经过特定程序转换，得出减阻剂的减阻特性。