Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu mối quan hệ giữa hiện tượng giảm lực cản và cấu trúc hình thành do trượt (SIS) trong dòng chảy rối của các dung dịch surfactant

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.61 MB, 64 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ˆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRAN VĂN NINH

NGHIÊN CỨU MÓI QUAN HỆ GIỮA HIỆN TƯỢNG GIAM LUC CAN VÀ CÁU TRÚC HÌNH THÀNH DO

TRƯỢT (SIS) TRONG DỊNG CHẢY RĨI CỦA CÁC

DUNG DỊCH SURFACTANT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2019

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRAN VĂN NINH

NGHIÊN CỨU MÓI QUAN HỆ GIỮA HIỆN TƯỢNG

GIẢM LUC CAN VÀ CẤU TRÚC HÌNH THÀNH DO TRUOT (SIS) TRONG DONG CHAY ROI CUA CÁC

DUNG DICH SURFACTANT

Chuyén nganh: Ky thuat co khi

Ma s6: 8520103

NGUOI HUONG DAN KHOA HOC TS. Nguyén Anh Tuan

HA NOI, NAM 2019

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tơi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nao. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Trần Văn Ninh

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CÁM ƠN

Em xin bay t6 lòng biết om chân thành và sâu sắc đến Tién si Nguyễn Anh Tuấn Trường Đại học Thủy lại, thầy đã dành nhiều thời gian tận tinh chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quả trình tim hiểu, trién khai và nghiên cứu để ti, Thy là người đã định hướng và đưa ra nhiễu góp ý q

trong quả trình em thực hiện luận văn nay.

Em xin chân thành cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy giáo, cơgiáo trong khoa Cơ Khí - Trường Đại học Thủy lợi đã dạy bảo tận tinh,

quý báu, bi

trong suốt quả trình om học tập và nghiên cứu tại trường

và tạo điều kiện thuận lợi trang bị cho em những kiến thị

Em cũng xin chân thành cảm om tới gia đình, bạn be, đồng nghiệp đã

ln bên em cổ vũ, động viên, giúp đỡ em trờiuốt quá trình học tập vàthực hiện luận văn.

Do có nhiều hạn chế về thời gian và kiến thức nên luận văn khongtránh khỏi những thiểu sốt rt mong nhận được những ý kiến đồng góp q

báu của q thầy cơ và các ban cùng quan tâm.

Cuối cùng em xin gi lời chúc sức khỏe và thành đạtới tất cả quý thầy

cô, q đồng nghiệp cơng tồn thể gia định và bạn bê“Xin chân thành cảm ơn!

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

3. Kết qua dự kiến dat được: x

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: x

5. Nội dung nghiên cứu: x CHUONG 1 TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHAP GIAM LỰC CAN 1

1.1 Giới thiệu chung 11.2 Các phương pháp giảm lực cản.

1.2.1 Giảm lực cản sử dung sợi

1.2.2 Giảm lực cản bằng bê mặt Riblets.

2.15 Nông độ misen tối han - critical micelle concentration (CMC) „

2.2 Các yếu tổ ảnh hưởng tới giảm lực cản của dung địch surfactant. 152.2.1 Ảnh hướng bởi nhiệt độ 15

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT SỰ GIẢM LUC CAN VÀ ĐO ĐỘ NHOT

3.1 Dung dich thí nghiệm, 4.1.1 Sơ đồ mach thí nghiệm quan sát cầu trúc hình thành do trượt trong dng trịn 4.1.2. Thơng số các phan từ mạch thí nghiệm

4.2 Quan sát cau trúc hình thành do trượt SIS4.2.1 Sự hình thành cấu trúc SI

4.2.2 Quá trình hình thành và biển mắt của SIS. 4.3 Tổng kết chương

KẾT LUẬN VA HƯỚNG NGHIÊN CUU TIẾP THEO. “TÀI LIỆU THAM KHẢO.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các cầu trúc micelle và phân tử hoạt chất bề mặt surfactant 5

Hình 1.2 Nâng cao truyén nhiệt bằng các phương pháp cơ học. 6

inh 2.1 Một mixen với phần đầu kỉ nước hỏa tan trong dẫu, trong khi phin wa nướchướng ra phía ngồi 9

Hình 2.2 Phân loại surfactant theo thành phần hóa học của nhóm dau: phi ion, anion,

cation, lưỡng tinh, 10

Hình 2.3 Minh họa về một cation surfactant va anion surfactant. 1

Hình 2.4 Minh họa về một surfactant lưỡng tính "2

Hình 2.5 Đỗ thị biểu diễn q trình giảm sức căng bề mat của surfactant 4

Hình 2.6 Một số hình dang của mixen 16

Hình 27 Ảnh hưởng của đường kinh ống đến giảm lục kéo cho ning độ chất hoạt

động bé mat Spm và tốc độ dòng chảy 6m3/h, 18

Hình 3.1 Đối ion ~ Counterion. Error! Bookmark not defined.

Hình 3.2 Sơ đồ mạch giảm lực ean 24

Hình 3.3 Cảm biển áp suất Validyne DP1S 24

Mình 3.4 Thiết bị chuyển đổi dữ liệu 25

Hình 3.5 Bộ thu dit liệu được sử dung trong thi nghiệm. 25Hình 3.6 Sơ đổ mạch thí nghiệm đo profile vận tốc dong 26

Hình 3.7 Thiết bj do van tốc và lưu lượng 27

Hình 3.8 Nguyên lý phương pháp đo vận tốc bằng UVP. 2

Hình 3.9 Máy đo độ nhớt 28

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Hình 3.10 Hệ số ma sắt của nước, 30Minh 3.11 1g số ma sắt của dung địch surfactant 300ppmZ 0.5 31Hình 3.12 Hệ số ma sit của dung địch 300ppmv«1 32Hình 3.13 Thể hiện profile vận tốc cho 3 loại dung dich 3

Hình 3.14 Profile vận tốc dang Logarit của nước. 34

Hình 3.15 Profile vận tốc dang Logarit của dung dich 300ppmz0.5, Re = 60000...5

Hình 3.16 Profile vận tốc dang Logarit dung dich 300ppmx1, Re = 60000. 35

Hình 3.17 Độ nhét của nước và dung dich giảm lực cân surfactant. +Hình 4.1 Sơ đỗ mạch thí nghiệm, 39Hình 4.2 Ảnh chụp thực tế hi quan sit edu tre hình ảnh 40

Hình 4.3 Ảnh chụp thực té so đồ mạch thi nghiệm 41 Hình 4.4 Biến tần được sử dụng trong thi nghiệm. 41

Hình 4.5 Camera cơng nghiệp 43

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các tính chất và công thức hỏa học của counterion được sử

cdụng trong thí nghiệm nay 2

Bing 4.1 Thong s6 cia bom 2

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TAT

SIS Shear-induced StructuresDR Drag Reduction

PAA Polymer Anion

"MC Critical micelle concentration

HVAC Heating, Ventilation and Air Conditioning

PPM Parts per million

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

MỞ ĐẦU

1. Tinh cấp thiết cũa đề

“Các SIS đông một vai tr quan trọng trong giảm lực cin dòng rồi và sự chuyỂn pha là

một vẫn đề quan trọng chưa được giải quyết trong lý hỏa học. Các cấu trú tế vi và

nano mớithể được sinh ra trong quá trình chuyển pha này. Hiện tượng hình thành.SIS được cho có sự liên quan chặt chẽ với giảm lực cản. Các quan sát hình ảnh trực.

tiếp các cấu trúc dang sợi sinh ra do ứng suất cắt trong một dòng phun tia tác động lên

tường chin của cắc dung dịch có host tính bé mặt surfactant, và thảo luận về sự liên

quan giữa các kết quả mang tính hiện tượng của sự giảm lực cản và sự hình thành các. sấu trúc dang sợi hình thành do lực cất giống như SIS. Tuy nhiên, vai tr của SIS đối

với giảm lực cản vẫn còn chưa rõ rằng. Các nghiên cứu về sự hình thành, sự phá vỡ

SIS cũng như vai trị của SIS với giảm lực cản cần được nghiên cứu thêm.

Hiện tượng giảm lực căn trong đồng chảy rồi bằng các phụ gia nhận được sự quan tam

sâu sắc từ rất nhiều nhà nghiên cứu vì hiện tượng này giúp tiết kiệm năng lượng đáng. kể, Tuy in, nghiên cứu hiệ tượng giảm lục cn bằng các chit phy gia vẫn côn mới

ở Viet Nam, Do vậy nghiền cứu hiện tượng giảm lực cân bằng ác chit phụ gi là cần

thiết ở Việt Nam.

2. Mục đích của để tài:

“Các mục tiêu của đỀ ải bao gdm

~ Sự hình thành SIS trong dung dich surfactant sẽ được quan sát hình ảnh trực tiếp. bằng hiện tượng tin xạ của ảnh sing laser cường độ cao, và đa ra cơ chế phát tiễn SIS thông qua xác định ứng suất cắt đổi với SIS và thời gian tạo nên SIS.

- Quan sắt hình ảnh trực tiếp SIS sẽ phát hiện sự liên hệ giữa giảm lực cản ma sit và

SIS, và giữa giảm truyền nhiệt và SIS

+ Cúc ảnh hưởng của bề mặt răng cưa đến sự xuất hiện SIS được nghiền cứu. Các răng

cưa có thể tạm thời phá vỡ SIS và khuyến khích phát iễn dịng ri, vì vậy giáp ting

sự truyền nhiệt trong dung dịch giảm lực cản surfactant,

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

3, Kết quả dự kiến

Cu rúc dang sợi giống SIS hin thành và biển mắt công một thờ điễm với sự giảm lực căn bắt đầu hoặc mắt di, Các kết quả đã cho thấy sự liên hệ chặt chế giữa edu trúc

dang sợi SIS và sự giảm lực cán trong các dung dịch surfactant.

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Var liệu

“Các hoạt chất bÈ mặt surfactant ion dương với các counterion, chủ yếu là sodium

salicylate NaSal

CCác hoạt chất bỀ mặt surfactant ion dương thương mại (như các sản phẩm của Akzo

Nobel) đã được nghiên cứu về hiệu quả giảm lục cản là Ethoquad O12 (ley! isbydrosyehyl methyl ammonium chloride). Nông độ hoạt chất bé mặt được duy tr

ở 300ppmPhương pháp

Các phương pháp do sự giảm lực cản.

Cac thi nghiệm vé giảm lực cản được thực hiện trong một hệ thống dịng tain hồn.

Phin kiểm tra là một ống dai 4.0m với đường kính 40 mm. Hệ số ma sát trong ống.

được tín từ độ giảm ấp suit và so sinh với hệ số ma sắt của dung dich dung mỗi tạicùng một số Reynold của dung dich dung mơi.

‘Quan sát hình ảnh dịng chảy

Hình ảnh quang học của dung dich bị cắt được ghi nhận bằng cách sử dung một may quay tốc độ cao. Các mẫu được chiều sing từ phía trên và phía trước sử dung ánh sing

lascr hoặc nguồn sing halogen và hình ảnh đã được ghi lại dưới dạng các tập tinMPEG

5. Nội dung nghiên cứ

CHUONG 1 TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM LỰC CAN (HUONG 2 SU GIAM LUC CAN BANG SURFACTANT

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

HUONG 3 KHẢO SÁT SỰ GIẢM LỰC CAN VA ĐO ĐỘ NHOT

CHUONG 4 QUAN SÁT CẤU TRÚC HÌNH ANH DO TRƯỢT SIS

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

'CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHAP GIẢM LỰC CAN

1.1 Giới thiệu chung

Hiện nay, đi kèm với sự phát triển của thé giới là nhu cd tiêu thụ năng lượng tăng cao.ồn tài nguyên năng lượng hóa thạch (than, dầu khí, thủy điện..) có hạn và

Khơng tự tả tạo được, Tốc độ khai thác và iêu thy nguồn năng lượng hóa thịch của son người cao một mức khổng 13. Nếu khơng sử dụng một cách có tính toán, viễn cảnh sạn kiệt nguồn năng lượng s đến rit nhanh. Với ngành khoa học hiện đại cũng nhiều giáo sư giỏi, phương pháp sử dụng nguồn năng lượng ta ạo như nãng lượng mặt trừ, năng lượng gió, năng lượng đại đương được nghiên cứu kĩ càng và là một trong những

mũi tên đingành công nghiệp năng lượng trong tương lai. Nhưng hiện tại,phương pháp này mới là những bước đi sơ khai, việc sử dụng được là có thé. Có điềuchưa thé thương mại hóa được do giá thành quá dit đỏ. Việc cạnh tranh với ngànhcông nghiệp năng lượng thông thường la điều chưa th giải quyết được. Vì vây, chủ đề

tiết kiệm năng lượng có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với sự phát triển của toàn thể giới cũng như mỗi quốc gia, một trong những giải pháp để giải quyết vin để

phương pháp làm giảm lực cản dòng chảy

Giảm lực cin trong đồng chảy mang lại nhiễ lợi ich trong các lĩnh vục khác nhau

như: vận chuyển các chất lòng bằng đường ống, các hệ thổng làm lạnh và sưởi, hệ

thống làm mát, h thing tưới tiêu trong thủy lợi, v.v... Đồng thời giảm lực cân rong đồng chủy giúp lim tăng lưu lượng hay tốc độ dịng chảy, do đó sẽ giảm năng lượng

yêu cầu của bơm giúp bơm tăng tuổi thọ, giảm đường kính ống, tiết kiệm năng lượng,

sm chi phi đầu tr và chi phí vận hành.1.2Các phương pháp giảm lực cin

1.2.1 Giảm lực cần sứ dung sợi

dung dịch với tỷ lệ kích thước của các sợi (I4) từ 25 35 cho thấy sự giảm lựccăn với ning độ sợi cao. Với tỷ lệ kích thước ting lên và giảm bớt đường kính sợ,

hiệu quả của các sợi hố học tăng lên. Các hệ thống của các sợi hoá học hoà trộn với polymer đã đạt được hiệu quả giảm lực cản lên tới 95%. Mức độ giảm lực cản này cao

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

hơn mức độ giảm lực cản đối với các polymer hoặc với các sợi đơn. Các polymer

‘rong loại hệ thống này cũng bén hơn với sự phân rã

Các sợi én định về mặt hos học vi cơ học trong mỗi rường nước. Do chứng khơng nhạy với nước hố học, các vật liệu làm ống dẫn và nhiệt độ, chúng có thể hiệu quả trên một day nhiệt độ rộng. Tuy nhiên, việc sử dụng các sợi hoá học bị hạn chế bởi các trở ngặi mà chúng có thé gây ra các vin để the nghẽn trong các đường ống nước do

nông độ cao (khoảng một vài phần trăm) yêu cầu cho sự giảm lực cản. Ngoài ra, chúng

lược ứng dụng vào việc giảm lục cản trong các hệ thống nhà máy công nghiệp và

‘gin như không được sử dụng nhiễu vào các hệ thống sinh hoạt, nguồn nước dân cư do

fe vin dé về sức khoẻ và các chỉ phí liên quan đến việc lọc bô các tạp chất trong

nguồn nude.

1.2.2 Giảm lực cần bằng bề mặt Riblets

Ngoài các phương pháp sử dụng sợi tê thì sử dụng Ribleẹ cũng là một phương pháp

làm giảm lực can đang nhận được sự quan tâm lớn từ các nhà nghiệ

Riblet là một phương pháp thụ động được nghiên cứu để làm giảm lực cản. Ưu điểm.của phương pháp sử dụng riblet so vớác phương pháp rên là không làm giảm khả

năng truyền nhiệt, không lim thay đối tính chất vật ý của ưu chất nên rất an toàn khỉ sử dụng trong nguồn nước dân dụng, có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Khác nhau

như giảm lục cân cho máy bay, tần thấy, hệ thống làm mắt, năng lượng...v. Tuy

nhiên việc sử dụng riblet cũng có những hạn chế nhất định như hiệu quả giảm lực cản. thấp hơn những phương pháp kể trên, phụ thuộc vào biên dạng rblet, việc thiết kế, chế tạo cũng như vận hành, bảo dưỡng gặp nhiều khó khăn hơn

“Có thể nói sử dụng riblet là một phương pháp có tính ứng dụng cao so với các phươngpháp làm giảm lực cản khác, từ những phương tiện di chuyển hiện đại như máy bay,

tàu siêu tốc cho đến trái golf hay bộ đồ bơi, tit cả đều có thé ứng dụng từ phương pháp. giảm lực cân bằng riblet.

“Các ứng dụng trong hệ thống kín của riblet cũng rất phổ biển như hệ thing nước nóng

tung tim, hệ thơng sưởi dm, thơng giỏ và điều hịa khơng khí gọi tắt là HVAC

(Heating, Ventilation and Air Conditioning), HVAC được ứng dụng rộng rãi tong

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

cuộc sống hàng ngày của chúng ta như ứng dung trong hệ thống điều hịa khơng khí và

thơng gió tại các tòa nhà cao ting, trung tâm thương mại... các ngành công nghiệp

nặng như nhà máy di, máy bay, tau vũ trụ... Ngoài ra việc áp dụng riblet vào ống

dẫn năng lượng như gas, đầu, hệ thống nước nóng trong các tỏa nhà cũng mang lạ

"hiệu quả cao giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu, tăng hiệu quả và tuổi thọ của bơm2]

1.2.3 Giảm lực ean bằng chất phụ gia

“rong vài thập ky gin diy hiện tượng giảm lực cin trong các dng chảy rỗi bằng các

chất phụ gia có hoạt tính b& mặt surfactant đã nhận được nhiều sự quan tâm bởi vì nó

giúp tết kiệm năng lượng đảng kể trong các hệ thống tun hoàn kin ding để làm lạnhvà cấp nhiệt, Các ứng dụng của các phụ gia lànjam lực cán (DRAs) đang giảm đáng,

kế các nhu cầu năng tiêu thụ năng lượng của hệ thống, giám bớt đường kính dng hoặc. tăng lưu lượng... Ứng dung nỗi ting đẫu tên của DRAS là trong việc vận chuyển dầu thô trong đường ống dẫn dầu ở Trans-Alaska (TAPS hoặc Alyeska) vào năm 1979.

"Đường ống dài $00 dim với đường kính 48 in, Sau khi thêm vào dung dich cô đặc củamột đồng chảy thuận của polymer khối lượng phân tử lớn của trạm các tram bom tại

sác nông độ đồng đều khoảng Ippm, lượng dầu thô dua vào quả tình vận chuyển được tang lên tới hơn 30%. Giảm lực cản bằng Polymer DRAs cũng được ứng dụng thành công tong các đường ông vận chuyển dẫu thô khác như các đường ống dẫn dẫu ở raq-Tuskey, co biển Bass ở Australia, ngoài Khoi Mumbai và ngoài Khoi biên Bắc và trong các dây chuyển sản xuất hydrocarbon tinh chế. Trong mỗi trường hợp, thành. phần polymer phải được thết kế cho hydrocacbon cụ thé được vận chuyển

Polymer DRAs cũng đã được đề xuất cho các ứng dụng sau: các q tình vận hànhmỏ dầu, đường ơng vận chuyển than bùn hoặc eapxun thuỷ lực, ngăn chặn sự xơ vữa

động mạch, ngăn chặn sự chất người ừ ốt xuất huyết tăng the độ đồng phun nước tập trung trong thiết bị chữa cháy, ngăn chặn sự tắc nghẽn của các hệ thông nước thải sau

các trận mưa lớn, tăng lưu lượng thể tích ea nước trong các nhà máy thuỷ điện và hệ

thống tưới tiêu và như các chất chồng tạo sương trong nhiên liệu phản lực.

“Các surfactant làm giảm lực căn có t sử dụng trong các hệ thống lim mắt và sười ấm

khu vực nội thành (DHC). Các hệ thống này cung cấp hoặc khử nhiệt trong các toà nhà

hoặc một quận nội thành bằng một chu tình tuẫn hồn kín của nước được gia nhiệt

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

hoặc1m mắt tạitram trung gian. Sự yêu cầu năng lượng cho sự tun hoàn kin củanước sản sinh ra khoảng 15% của năng lượng tổng cho một DHC. Để giảm yêu cầu

năng lượng tương đối lớn này, có thể đảng kể giảm bớt ma sắt trong hệ thơng twin hồn nước kín. Như vậy. sự giảm lực cản bằng các surfactant là một lựa chọn khác để đáp ứng mục đích này. Surfactant DRAs có thẻ giảm bớt năng lượng yêu cầu cho bơm. tir 50-10%. Sự hiệu quả phụ thuộc vào loại phụ gia được sử dung và các tht kế của

hệ thống ban đầu. Sự tiết kiệm bởi DRAs tốt hơn nếu đường ống dẫn có ít các nhánh

hoặc các đường ống dẫn dài hơn hoặc sé lượng các đầu nổi (ví dụ như các van, các

ct...) tương đổi fe

CCác thir nghiệm của lĩnh vực surfactant DRAs đã được thực hiện thành công trong các

hệ thống sười ấm nội hành quy mồ lớn và đã giảm bớt đáng kế sự mắt mắt năng lượng của đồng chảy trong ống. Các ứng dụng đại diện là ở các khu vực như Herning - Đan.

Mạch, Volklingen - Đức và Prague - Cộng hoà Sốc, Các Surfactant đã được thử

nghiệm trong các hệ thông làm mát nội thành tại dat học California tại Santa Barbara

và tại Nhật Bản. Takeuchi otal đã áp dung sự giảm lực cản của surfactant với hệ thông,

suri ấm và làm mát trung gian của toà nhà ở quảng trường thành phổ Sapporo. Sacki đã báo cáo việc sử dụng surfactant cation DRAS trong các hệ thống điều hoà thực tẾ

ới việc tết kim năng lượng sử dụng bùn than lạnh. Surfactant DRAs cũng được sit

dụng để ngăn chặn sự kết tụ của các bùn than lạnh, vấn đề nay cũng đang được nghiên.

cứu. Sự kết hợp của hoạt động phân tấn lạnh và sự hiệu quả của sự giảm lực cân đã cải

thiện hiệu suất của các hệ thống bùn than lạnh trong các kho gia nhiệt lạnh tiên tiễn,

vận chuyển và các hệ thing rao đội nhiệ. Gin đây, Sackd đã báo cáo các surfclant

cation trong các hệ thống nước đã được sử dụng trong hơn 130 toà nhà ở Nhật Bản vàgiảm 20~ 60% năng lượng bơm.

Uu điểm chính của phương pháp giảm lực cin bing hoạt chit bé mặt surfactant là các

phân tử có hoạt tính b& mặt cỏ khả năng tự sửa chữa sau khi chịu ứng suất cất cao,

diều ma thường xuất hign trong hoạt động của may bơm. Vì vậy, khả năng của dung dịch surfactant bao gồm các micelle dạng sâu để giảm lực cân trong dong chủy rồi được sử dung trong các ứng dụng kỹ thuật. Rắt nhiều các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các

phân tir hoạt chất bŠ mặt surfactant liên kết với nhau để hình thành các micelle dang

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

4que, chính các micelle dang que này là yêu tổ cin thiết để sinh ra hiện tượng giảm lực

cản, Hình 1.1 cho thấy cấu trúc các micelle và cấu trúc phân tử của hoạt chất bề mặt

surfactant, Các surfactant hình thành các micelle dang que, vi sự kết hợp của chúng có.

thể thấy trong dung địch.

Ue . mee @ yd

Hình 1.1 Các edu trúc micelle và phan tir hoạt chất b mặt surfactant

"Từ khía canh của cầu trúc tế vĩ của dung địch, nguyên nhân eo bản trong đồng rồi bắt thường của các hoạt chất bề mặt surfactant là sự liên kết của các micelle dạng sợi theo. hướng dòng chảy. Nếu các micelle hoặc lên kết của các micelle theo hướng đồng chảy

này bi xáo trộn, sự giảm khả năng giảm lực cản và giảm khả năng giảm truyền nhiệtcủa các hoạt chất bề mat surfactant đã đạt được. Một số nghiên cứu đã báo cáo về sự.nâng cao truyỄn nhiệt bằng cách tạm thời phá vỡ các vi cấu trúc tế vỉ của hoạt chất bÈ

mặt surfactant bằng thiết bị cơ học dang lưới hình chữ nhật [1], hoặc dang ống sáo trong ống trao đổi nhiệt [3]. Các thiết bị này có thể phá vỡ SIS tạm thời và hạn chế sự.

giảm truyền nhiệt. Như vậy có một sự tương quan chặt chẽ giữa sự hình thành SIS và

giảm tuyễn nhiệt ong giảm lực cân bằng các hoạt chit bé mặt surfactant. Tuy nbié

những quan sát về sự hình thành SIS đều được dựa tên các kết quả mang tính hiện

tượng.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Các micelle dang sợi Cấu trúc các micelle (Cac micelle dangdang sợi bị pha sợi được tái sinh. Hình 1.2 Nâng cao truyền nhiệt bằng các phương pháp cơ học

“Trong công bổ gần đây trên tạp chi Journal of Rheology đã báo cáo quan sát hình anh các cấu trúc surfactant dạng sợi dai vải centimet trong dang phun tia vao thành tường

[4]. Các sợi đài này có một pha tương tự gel tương tự với cấu trúc SIS dạng ngón tay

trong dang Couette chảy chim [5], Các SIS dang sợi mảnh thing hàng (heo hướng

đồng dập dong rối trong dung dich giảm lực cản. Những kết quả này cho thấy một mối

quan hệ chặt chẽ giữa cấu trúc SIS dạng sợi mảnh dai và sự giảm lực cản. Sự nghiên.

cứu về nguồn gốc của cấu trúc surfactant dạng sợi là cin thiết để đưa a sự hình thành và các sự phá vỡ động học SIS trong dòng chảy ting và dịng chảy rồi.

1.3 Mục đích nghiên cứu

"Ngày nay, như cầu iều thụ năng lượng trên toàn thể giới đang gia ting mạnh mẽ, trong bối cảnh đang phải phan đấu vượt qua những thách thức to lớn vẻ nguy cơ hủy hoại môi trường, nguồn tải nguyên năng lượng truyền thống (than, dẫu khí, thủy

ngày cing khan hiểm, các nguồn nãng lượng mới chưa phát triển, th chủ để

năng lượng” có ý nghĩa v6 cùng quan trọng.iam lực cản đem lại lợi ich to lớn trong. sắc lĩnh vực khác nhau như: vận chuyển các chit lòng bằng đường ống, các hệ thống

làm lạnh và sưởi, hệ thống làm mát, hệ thống tưới tiêu trong thủy lợi, v.v... Giảm lực

can đông chảy giúp lâm ting lưu lượng hay tốc độ đồng chảy. Do đó sẽ giảm năng

lượng yêu cầu của bom, giảm đường kính ơng, tit kiệm năng lượng, tết kiêm chỉ phí

đầu tư và chỉ phí vận hành.

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

“Các SIS đồng một vai trồ quan trong trong giảm lục căn đông rối và sự chuyển pha là

một vin đề quan trong chưa được giải quyết trong lý hóa học. Cấu trúc tế vi và nano

mới có thể được sinh ra trong quá trinh chuyển pha này, Hiện tượng hình thành SISđược cho cỗ sự liên quan chặt chế với giảm lực cản. Chúng tôi báo cáo các quan sit

hình ảnh trực tiếp các cấu trúc dạng sợi sinh ra do ứng suất cắt trong một dòng phun. tin tác động lên tường chin của các dung dịch có hoạt tinh bŠ mặt surfactant, và thảo luận về sự liên quan giữa các kết quả mang tính hiện tượng của sự giảm lực ean và sự bình thành các edu trúc dạng sợi do lục cắt giống như SIS |4]. Tuy nhiền, vai ted của

SIS đối với giảm lực cản vẫn còn chưa rõ rằng. Các nghiên cứu vé sự hình thành, sự

phá vỡ SIS cũng như vai trò của SIS với giảm lực cản cần được nghiên cứu thêm.“Trong dong chủy ri, các dung dich surfactant sinh ra sự giảm lực cin được ứng dung

để tiết kiệm năng lượng bơm trong hệ thống Lim lạnh và cấp nhiệt tuần hồn kín [8].

“uy nhiên, các dung dich giảm lực cản surfactant giảm sự tuyỄn nhiệt cũng như ma

sit đường ống trong đồng chảy ối. Tương tự như hiện tượng giảm lục cân, cơ chế sự

giảm truyễn nhiệt của dung dich surfactant vẫn còn chưa được hiễu rõ. Trong thực t&

ứng dung giảm lực cân ma sit cịn mang tính thực nghiệm, thí nghiệm và si số là tắt

yếu. Với các ứng dụng ở qui m6 lớn thì có rủi o cao. Nếu cơ chế giảm lực cân ma sắt

được hiểu rõ, n6 sẽ cho phép dự đoán sự giảm lực cân ma sắt và giảm truyền nhit trong một hệ thống đường ống phức tạp trong thực tế.

Hiện tượng giảm lực cân trong ding chảy rỗi bằng các phụ gia nhận được sự quan tâm sâu sắc từ rất nhiều nhà nghiên cứu vì hiện tượng này giúp tết kiệm năng lượng đáng. kẻ, Tuy nhiên. nghiên cứu hiện tượng giảm lực căn bằng các chit phụ gia vẫn côn mới ở Việt Nam. Do vậy nghiền cứu hiện tượng giảm lực cản bằng các chất phụ gia là cin

thiết

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

CHƯƠNG 2 SỰ GIẢM LỰC CAN BANG SURFACTANT.

2.1 Surfactant

2.1.1 Thành phan và cấu trúc

Chat hoạt động

dụng làm giảm sức căng bề mat của chất lịng. Là chất mà phân tử của nó phân cực:

ft (Surfactant, Surface ative agen) đó là một chất làm ti có t một đầu ưa nước và một đi ki nước. Bởi vậy, một surfactant bao gồm một thành phần không hoa tan trong nước (hoặc hod tan trong dầu) và một thành phần hoà tan trong nước. Các surfactant sẽ khuếch tán trong nước và hắp thụ tại mặt phân cách giữa

khí và nước hoặc tại mat phân cách giữa dầu và nước, trong trường hợp nơi mã nước

được trộn với dầu. Nhóm ky nước ~ khơng hồ tan trong nước có thé rời ra xa khỏi pha nước th ích để đi vào bên trong pha khí hoặc pha đầu, trong khỉ nhóm đầu ~ hồ

tan trong nước giữ lại trong pha nước [9]

Chat hoạt động.

làm giảm sức căng bề mặt tai bÈ mặt tiếp xúc (interface) của hai chất lịng. Nếu có tát được đồng giảm sức căng bé mặt của một chit long bằng cách nhiều hơn hai chất long khơng hịa tan thi chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp. xúc giữa bai chất lỏng 46. Khi hỏa chất hoạt hóa b8 mặt vào trong một chất long thì

các phân tir của chất hoạt hóa bé mặt có xu hướng tạo đám (micelle, được dịch là

mùxen), ning độ mã ti đ các phân ừ bắt đầu tạo dim được gợi là nồng độ tạo đảm

tới han, Nếu chất lông là nước th các phân tử sẽ chụm đổi kj nước lạ với nhau và

«quay đầu ưa nước ra tạo nên những hình dong khác nhau như hình cu (0ehiu), hình trụ (1 chiều), mảng (2 chu). Tính ưa, ki nước của một chất hoạt hóa bề mặt được đặc trưng bởi một thông số là độ cân bằng kj nước (tiếng Anh: Hydrophilic Lipophilic Balance-HiLB), giá tri này có thể tử 0 đến 40. HL cing cao thì hóa chit cảng dễ hồn

tan trong nước, HLB cảng thấp thì hóa chất cảng dễ hịa tan trong các dung mơi khơng

phân cực như đằu I0]

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

inh 2.1 Một mixen với phần đầu kj nước hỏa tan trong dã

"hướng ra phía ngồi.

trong khi phần ưa nước 2.1.2 Cu trúc của pha surfactant trong nước

“Trong pha nước chính, surfactant tạo ra sự tập hợp, ví dụ như các mixen, nơi các đuôi ky nước tạo ra lõi của sự liên kết và các đầu ta nước liên kết với chất Long xung quanh. Các loại tập hợp khác cũng có thé được tạo ra, vi dụ như các mixen dang trụ.

hoặc dang cầu hay các lop lipid. Hình dang của ác tập hợp phụ thuộc vào cấu trú hoá

học của các surfactant, ấy | sự cân xứng trong kích thước giữa đầu ưa nước là đuôi ky

nước. Một thước đo của sự cóxứng này là HLB Hydrophilie-ipophilie balance (st

cân bằng giữa đầu ưa nước và đuôi ky nước). Surfactant giảm bớt sức căng bề mặt của

nước bằng cách hip tha tai mặt phân cách giữa không khi và chất lỏng. Mỗi quan hệ liên kết sức căng bề mặt và sự vượt quá giới hạn bề mat được biết đến như đường đẳng nhiệt Gibbs.[I HỊ

2.1.3 Phân loại

"Đuôi" của phin lớn các surfactant đều như nhau, bao gồm các chuỗi hidrocacbon, thứsố thểlà hidroeacbon nhánh, uyễn tính hoặc thơm. Các surfactant florua có các chuỗifloruacacbon, Các surfactant silicon oxit có các chuỗi silicon oxit[11]

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

[Nhiu loại surfactant quan trong bao gdm một chuỗi polyeste giới hạn trong một nhỏm anion có độ phân cực cao. Các nhóm polyeste thường bao gồm các chuỗi ethoxylat (giống potyethilen oxi) được chon vio để ting thêm đặc tinh ưa nước của một surfactant. Ngược ại với các oxit polypopilen có thể được chen vào để tang thêm đặc tỉnh hút chất béo của một surfactant.

Hình 2.2 Phân loại surfactant theo thành phn hóa học của nhóm đầu: phi ion, anion,

cation, lưỡng tính.|11]

‘Cie phân tử surfactant có cả một đi hoặc bai đi, loại có hai đi được gọi là chuỗi

'Nhìn chung, các surfactant được phân loại theo nhóm đầu phân cực. Một surfactant phi jon khơng thuộc nhóm mang điện tại đầu của nó, Đầu của một surfactant ion mang điện tích âm hoặc dương. Nếu điện tích là âm, surfactant được gọi cụ thé hơn li anion; nếu điện tích là dương, nó được gọi là cation. Nếu một surfactant bao gầm một đầu ‘mang cả hai nhóm điện tích âm dương, Chúng được gọi là zwitterion. [11]

2.1.31 Surfactant anion

Cie surfactant anion bao gồm các nhóm chức anion ở phần đầu, vi du sunfat, phốt

phát, sunfua và cacbonxylat. Các ankyn sunfat nỗi bật bao gồm amoni lauryn sunfat,

natri lauryn sunfat (natri dodecyn sunfat, SLS, hoặc SDS), và các sunfat ankyn ete liên

‘quan, nati lauret sunfat (nati lauryn ete sunfat hoặc SLES), và natti myret sunfat.[11]

10

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

2.1.32 Cacbonaylat

Loại này là loi surfactant théng dụng nhất và bao gồm ankyn cacbonxylat (xa phòng),

như nati strat, Các loại cụ thé hơn bao gồm nai lauroylsacosinat và các surfactant

florua dựa trên gốc cacbonxylat như perfluorononanoate, perfTuorooclanoate(PFOA or

2.1.3.3 Các nhơm có đầu cation

“Các amin bậc 1, bậc 2 hoặc bậc 3 phụ thuộc vào độ pH: Các amin bậc 1 và bậc 2 trở.

thành điện tích đương với độ pH < 10

phân tir tương đương. Phin cation dựa trên gốc amin bậc 1, bậc 2 ho

cation amoni bậc 4. Phin anion có thể đa dạng hơn và bao gồm các muối sunfua, như‘rongsultaines CHAPS [(3-Cholamidoptopyl) dimethylammonio]-1-opanesulfonate)và cocamidopropyl hydroxysuluine. Betaines vi dụ như cocamidopropy! betaine cổ

một carbonxylat với amoni. Các surfactant 2witterion sinh học thông dung nhất cổ một

anion phốt phát với một amin hoặc amon. (11)

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Tanh VN AMw:

oe Se

“on, cá,

Hình 2.4 Minh hoa vỀ một surfactant fang tinh [1T]2.1.35 Surfactant phi ion

Surfactant phi on có liên kết cộng hos trị với nhơm wa nước có chia ony, thứ mã được

liên kết với các ed trú gốc ky nước, Sự hồ tan trong nước của nhóm chứa oxy là kết

qua của liên kết hidro. Liên kết hydro giảm khi nhiệt độ tăng va sự hoả tan trong nước.

Surfactant phi ion it nhạy với độ cứng của nước hơn các surfactant anion và chúng tạo.

của các surfactant phi ion do vậy giảm khi nhiệt độ

bot kém hơn. Những sự khác nhau nồi riêng giữa các loại surfactant phí ion là không

đáng kế và lựa chọn chịu ảnh hưởng ban dau có liên quan tới chi phi cho các đặc tinh

đặc bgt, ví dụ như sự hiệu quả và hiệu suất nh độc hại tính phủ hợp cho da và sơphân huỷ tự nhiên, hoặc giấy phép sử dụng thực phẩm. [12]

2.1.4 Các ứng dụng

Ứng dung phổ biển nhất của các surfactant là bột giặt, sơn, nhuộm... Và các surfactant

đồng một vai trò quan trọng như các chất ty rửa như chất làm âm, chất phân tần

chat nhũ hoá, tạo bọt và chống tạo bọt trong nhiều ứng dụng thực tế và sản phẩm, có. thể kể đến: Thuốc sit rùng, chất làm mém vải, nhũ tương, xi phòng, sơn, keo dính,

mục, khử sương mù sáp gắn trên ván trượt ba tanh và vấn trượt tuyết, thuốc nhuận

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

tring, các sin phẩm hỏa nông, một vai loại thuốc diệt cỏ, dược phẩm, dẫu gội, kem

đánh răng ...[ISN{14]{I5]

2.1.5 Ning độ miven tối han-critical micelle concentration (CMC)

“rong hoá hoe b mặt và hoá học v8 các chất keo, ning độ mixen tối hạn (CMC) được định nghĩa như nồng độ các surfactant trên mức hình thành mixen và néng độ của tất cả các surfactant được thêm vào hệ thống để tạo ra các mixen. [16]

CMC là một đặc tinh quan trong của một surfactant. Trước khi đạt đến giá tri CMC.

sức căng bŠ mặt thay đổi mạnh với nông độ surfactant, Sau khi đạt đến giá trị CMC,

sức căng bề mặt giữ nguyên một giá trị không đổi tương đối hoặc nhĩng sự thay đổi không nhiều - biểu thị bằng độ dốc it om trên biểu đồ. Giá tị CMC với một chất phân

tán đã cho trong một môi trường đã cho phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, sự hiện d

nồng độ của các chit hoạt động bễ mặt khác và các chit điện phân, Các mixen chỉ được tạo ra trên mức nhiệt độ mixen tới hạn (nhiệt độ tối thiểu đẻ surfactant tạo ra các

mixen). [17]

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn quá trình giảm sức căng bé mặt của surfactant [18] “Các surfactant (hoặc bắt kỳ các chất hoại động bé mặt khác) thâm nhập vào trong hệ

thống, chúng ban đầu sẽ phân tin bên trong lớp phân cách, giám bớt năng lượng tự do của hệ thống bằng việc: Giảm bớt năng lượng tai mặt phân cách (được tinh toán trên diện tích thay đổi sức căng bé mặt theo thời gian). Tránh các thành phần ky nước của surfactant tiếp xúc với nước.

“

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Sau đó, khí mức độ bao phủ bE mặt bởi surfactant tăng lên, năng lượng tự do tại BE

mặt (súc căng bÈ mat) giảm xuống và các surfactant bit đầu tập hợp lại thành mixen,

như vậy, la gp tục Kim giảm sức căng b mặt bằng cách giảm dif ích tgp xúc của

sắc thành phần ky nước của surfactant với nước [18]. Khi đạt tới giá trị CMC, bắt cử

surfactant nào được cho thêm vào sẽ chỉ làm tăng số lượng của mixen (trong trưởng. hợp lý tưởng)

.2 Các yếu tổ ãnh hướng tới giảm lực cân cũa dung địch surfactant 2.2.1 Ảnh hưởng bởi nhiệt độ

“Có một sự ảnh hưởng rõ rằng của nhiệt độ lên cấu tạo của các mixen dang ren xoắn và

khả năng giảm lực cân tông hợp của một dung dich surfactant, G mức nhiệt độ thấp, sắc surfactant trở nên ít hồ tan hơn, hạn chế khả năng tạo ra cắc mixen dang ren xoắn của chúng. Ở mức nhiệt độ cao, các surfactant cũng mắt khả năng giảm lực cản của chúng khi mà các mixen dạng ren xoắn trở nên nhỏ hơn. Một hoặc nhiều hơn các counterion hữu cơ làm én định các cấu trú vì mơ của mixen của các surfactant cation

làm thúc dy sự giảm lực cản. Dai nhiệt độ cho sự kim giảm lực cản hiệu quả cho mộtcation surfactant bị ảnh hưởng mạnh bởi một hoặc nhiều counterion được sử dụng

2.2.2 Anh hướng do hình dang mixen

“Theo Taford [13], hình dang mixen được xác định theo ty lệ thé tích (v) của nhóm ky

nước với chiều dai (I) và diện tích mặt cắt ngang (a) của nhóm ưa nước. Nếu w/La = 1/3 hoặc thấp hơn, surfactant có hình dạng của hình nón và mixen có dạng hình cầu

Đây là trường hợp phổ biến nhất có thể xảy ra. Nếu vila = 1/2 hoặc gin bằng giá tị

này, các mixen sẽ có dang hình trụ và do đồ cổ thể tạo hiệu ứng giảm lực cân, Diện

tích mặt cắt ngang là dễ bị ảnh hưởng và sẽ giảm khi tăng nồng độ counterion tong

dung địch.

Các loại mixen khác nhau gồm dạng cầu, dạng que (hoặc dang try), dạng phiên và

dang túi. Bán kính của các mixen dang cầu xắp xi bằng với chiều dai mở rộng hồn

tồn của các nhóm ky nước. Hình dang mixen dạng cầu tại giá tị CMC và hình dạng

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

cu vẫn duy tì kể cả ta mức nồng độ thấp của các mudi võ cơ. Mức nằng độ musi cao

số thể khiến cho mixen chuyển đổi hình dang từ dạng cầu sang dang que

#8 ®&

nan phe srucure

Hình 2.6 Một số hình dang của mixen [3]

2.2.3 Ảnh hưởng do kích thước mixen

trúc của các

Kích thước mixen bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhiều yếu tổ, ví dụ như F cả

chuỗi surfactant, nhóm đầu của surfactant, các counterion và nhiệt độ... Nó có thể

được mơ tả bởi số lượng các tập hợp gọi là số lượng của các surfactant đơn phân tập

hợp lại dé tao ra một mixen.

Chiều dài của các mixen dạng que tăng lên cùng với sự giảm xuống của nhiệt độ và

Missel et al đã thấy được sự.

với sự ing lên của nng độ surfactant và nơng độ mui

tăng lên nhanh chóng của số lượng các tập hợp và bán kính thuỷ lực của các mixen

cùng với sự tăng lên của nông độ dung dịch surfactant. Với sự tăng lên về chiều dit

của chuỗi surfactant đơn phân, chiều dai mixen trở nên biến thiên nhiều hơn với các

di nhiệt độ khác nhau và với các mức nồng độ muối

loại muối đồng một vai trò quan trong trong sự tăng lên của mixen. Các loại muối

nào đó có thể ảnh hưởng mạnh lên kích thước của mixen. Nhìn chung, sự ảnh hưởng. của muối lên số lượng các tập hợp cia các mixen dạng que tăng lên cùng với sự tăng

lên do sự thay đổi pha theo sự thay đổi nông độ của tinh thể lỏng của một anion. Vìy, các anion đó có thể làm giảm giá tị CMC của surfactant hiệu quả hơn đối với sự

tăng lên của mixen. Điễu này là do sự ình thành của các mixen dang clu và dang que được kiểm soát mạnh bởi sự mang điện với các nhóm đầu của surfactant, Các muối với

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

khả năng trùng hoà các sự mang điện này tốt hơn hữu ich đối với cả sự hình thành

mixen và kích thước của mixen. [21]

2.2.4 Ảnh hưởng do đường kính ống

‘Cc nghiên cứu tăng lên có tầm quan trọng để dự đoán các hoạt động làm giảm lực cản

trong các ông dẫn lớn từ các phép đo dựa trên các ông dẫn nhỏ do phần lớn các hệ

thống đồng chảy thục tế sử dụng các ống dẫn lớn hơn so với các ống dẫn wong phịng thí nghiệm. Tuy nhiên, trong khi hệ số ma sit với các chất long À swton có thé được,

nội suy từ số Reynolds, hệ số ma sát với các chất lưu làm giảm lực cản là một hàm của cả số Reynolds và đường kính ống dễ

White đã thấy được ứng suit cắt tại hành ống ở giá tr tới hạn khơng phụ thuộc vào đường kính ơng. Gasljevie etal đã nhận thấy rằng sự giảm lực cin của Elhoquad T

13/27 (2000 ppm)/ NaSal (91740 ppm)+3.75 mMoV/L của Cu(OH)2 trong ống dẫn với

5 giá trị đường kính (2 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm và 52 mm) không phụ thuộc vào. đường kính ơng khi chống lại vận tốc trơng đối tạo ra ứng suất cắt tại thành Ống tương

ứng với sự giảm lực cản tối đa. Họ cũng gợi ý rằng quy mơ giảm lực cản của

surfactant thậm chí tốt hơn với độ nhới trượt của dung môi. Với đường kinh ống giảm,

xiệc giảm lực cản được tăng lên. Đi cùng với điều này, độ nhám của bên trong ống cómột u tổ [22]

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Hình 2.7 Anh hưởng của đường kính ơng đến giảm lực kéo cho nồng độ chất hoạtđộng bề mat SOppm và tốc độ dong chay 6m /h (22]

Hình 2.7 cho thấy ảnh hướng của đường kính ống đến phần trăm giảm lực cản. Việc so

sánh phần trăm giảm lực cân giữa ba ống đạt được với tốc độ dong không đổi qua từng ng, loại phụ gia nhất định và nồng độ. Kết quả cho thấy phần trim giảm lực cản tăng với đường kính ng tăng trong loại phụ gia và nồng độ nhất định. Sự gia tăng phần trim giảm lực cân này cho thấy hiệu suất lớn tồn tại trong đường ống có đường kính

lớn, giúp hấp thụ lượng năng lượng lớn từ dịng chảy chính, Trong khi trong các ống

nhỏ, số lượng các bản nhỏ được hình thành lớn hơn các bản lớn được hình thảnh trongcác Ống lớn. Những hiệu suất nhỏ này edn một lượng lớn năng lượng được hắp thụ từdng chảy chính để vượt qua sức cản của độ nhớt và sau 46 hoàn thành bình dạng của

nó, Khơng phải tắt cả các sắc thái nhỏ đều hip thụ lượng năng lượng bằng nhau, một số trong số chúng hip thụ lượng năng lượng không thể vượt qua được lực cán nhớt và

sau đồ bid mất gây ra sự mắt năng lượng của đồng chảy chính, trong khi các sắc thi

Khác hip thụ di năng lượng và cho phép vượt qua kháng nhớt, Phin trầm giảm lực cản

trong các ống nhỏ thắp hơn so với trong các ông lớn do các lớp nhỏ hip thụ một lượng:

năng lượng nhỏ khơng cho phép nó vượt qua khả năng chống nhớt

3.3 Cầu trúc hình thành do trượt

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Các dung dịch surfactant rất nhạy với ứng suất trượt. Ứng suất trượt có thể gây ra

những sự biển đổi cấu trúc một cách đối nghịch. Những ảnh hưởng của ứng suất trượt

xuất hiện như các cầu trúc gây ra sự trượt (SIS), sự chuyển tiếp của các pha gây ra sựtrượt, sự đông đặc và tính khơng ổn định của dịng chảy. Các tính chất của những hiện

tượng này khơng được thấu hiểu hồn tồn. Tuy nhiên, những tác động này có những tằm quan trọng cả vỀ mặt lý thuyết và khoa học thực tiễn

Tại các giá tr tốc độ biển dạng trượt cao, các dung dich surfactant với các mixen dạng

que hoặc dạng ren xoắn thưởng hoạt động như các chất lỏng Newton do

quay tự do trong dung dich. Tại tốc độ biển dang trượt cao hon, các mixen bat đầuthẳng với hướng biển dạng trượt gây ra sự trượt mỏng. Một hiện tượng cụ thể có thểxây ra đối với một vài dung dich tại tốc độ biển dạng trượt tới han nơi mà độ nhớt

trượt và độ dan hồi trượt tăng lên đột ngột. Hiện tượng này được goi là cấu trúc gây ra sự trượt (SIS). Cấu trúc SIS là các mixen dạng que có độ lớn hơn so với các mixen

dang que riêng và dung dịch của nó giống như một dung dich keo nhót và đéo. Tuy

nhiên, khi tốc độ biến dạng trượt tăng lên, giá trị SIS không én định lâu dài hơn và độ nhớt bắt đầu idm xuống cing với tốc độ biến dạng trượt. Tại giá trị độ nhớt cực đại,có thể khẳng định rằng các mixen hoàn toàn thẳng hàng với hướng của dịng chảy.Quan điểm này được cơng nhận từ các thí nghiệm về sự khúc xạ kép cđồng chiy và

sy phân tấn neuron góc nhỏ. Tốc độ biển dạng trượ tối hạn cho gi tị SIS phụ thuộc

vào ning độ surfactany cấu trúc hoá học, néng độ counterion/ cấu trúc hoá học, nhiệt

độ và cũng phụ thuộc vào thơng số hình học của các thiết bị đo lưu biển học,

Một vài tác giả nghiên cứu đã xem ring giá tị SIS có liên quan tới hiện tượng làm

giảm lực cân trong dang chảy rối. SIS và sự tách pha được phát hiện bởi Koch, Ông đã

si thiết ring nồng độ của surfactant đơn phân tăng lên nhanh chồng với ứng suất cất

gây a sự hình thành một pha giọt tụ - cdaxecva (go ra bởi các dung dich keo hoà vào

nhau mà thành phan dung dịch keo chính là những hợp chat hữu cơ cao phân tử hòa. tan trong nước), Fischer đã quan sắt sự dao động khi có sự chênh lệch ứng suất pháp

và ứng suất trượt lẫn đầu ngụ ý ring các cấu trúc đàn hồi đã được hình thành và phá. huỷ cùng với SIS và pha mới được tạo ra có tính din hồi hơn so với pha ban đầu.

Butler đã quan st một pha mới được tạo ra tir dung dich tại SIS và được đã sử dung

</div>

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu mối quan hệ giữa hiện tượng giảm lực cản và cấu trúc hình thành do trượt (SIS) trong dòng chảy rối của các dung dịch surfactant

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ˆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRAN VĂN NINH

NGHIÊN CỨU MÓI QUAN HỆ GIỮA HIỆN TƯỢNG GIAM LUC CAN VÀ CÁU TRÚC HÌNH THÀNH DO

TRƯỢT (SIS) TRONG DỊNG CHẢY RĨI CỦA CÁC

DUNG DỊCH SURFACTANT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRAN VĂN NINH

NGHIÊN CỨU MÓI QUAN HỆ GIỮA HIỆN TƯỢNG

GIẢM LUC CAN VÀ CẤU TRÚC HÌNH THÀNH DO TRUOT (SIS) TRONG DONG CHAY ROI CUA CÁC

DUNG DICH SURFACTANT

Chuyén nganh: Ky thuat co khi

Ma s6: 8520103

NGUOI HUONG DAN KHOA HOC TS. Nguyén Anh Tuan

HA NOI, NAM 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả luận văn

Trần Văn Ninh

yêu cầu của bơm giúp bơm tăng tuổi thọ, giảm đường kính ống, tiết kiệm năng lượng,

phân tử có hoạt tính b& mặt cỏ khả năng tự sửa chữa sau khi chịu ứng suất cất cao,

Ue . mee @ yd

giảm truyền nhiệt. Như vậy có một sự tương quan chặt chẽ giữa sự hình thành SIS và

quan hệ chặt chẽ giữa cấu trúc SIS dạng sợi mảnh dai và sự giảm lực cản. Sự nghiên.

phát, sunfua và cacbonxylat. Các ankyn sunfat nỗi bật bao gồm amoni lauryn sunfat,

phân tir tương đương. Phin cation dựa trên gốc amin bậc 1, bậc 2 ho

Ta<sub>nh VN AMw:</sub>

oe Se

qua của liên kết hidro. Liên kết hydro giảm khi nhiệt độ tăng va sự hoả tan trong nước.

#8 ®&

nan phe srucure

si thiết ring nồng độ của surfactant đơn phân tăng lên nhanh chồng với ứng suất cất

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về