專利名稱：一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面活性劑溶液的減阻特性研究領(lǐng)域，特別涉及了一種表面 活性劑溶液的減阻特性實驗裝置。
背景技術(shù)：
流體中添加少量的表面活性劑，可使流體在湍流狀態(tài)下的摩擦阻力可大 大減少，能夠達到節(jié)能的目的。因此，表面活性劑已經(jīng)成功應(yīng)用到船舶運輸、 石油開采及運輸、輸水系統(tǒng)等領(lǐng)域內(nèi)。但是，在世界能源緊缺，大力提倡節(jié) 能減排的大背景下，表面活性劑的應(yīng)用領(lǐng)域需要不斷擴大。對不同表面活性 劑溶液的減阻特性進行實驗研究，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域，尋找性能最佳的減阻 活性劑，顯得尤為重要。
但是，在表面活性劑溶液的減阻特性進行實驗過程中，由于表面活性劑 溶液的自身特性，在高雷諾數(shù)(高流速)或者高溫流動情況下就會產(chǎn)生大量
的泡沫，不僅影響了實驗設(shè)備的性能，而且影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性；尤其是 在實驗過程中，需要大部分時間去除這些泡沬或者等待泡沫消失以后再進行 后續(xù)實驗，這就對實驗的進度產(chǎn)生了很大的負面影響。
目前，有很多學(xué)者在對表面活性劑溶液的減阻特性進行實驗研究，但是 所采用的實驗裝置中并沒有對活性劑溶液的泡沬產(chǎn)生情況進行控制。另外有 學(xué)者采用開式回路(溶液從測試段出來后不再流回水箱)來避開泡沫問題， 但實驗不像采用閉式回路那樣具有可持續(xù)性和可重復(fù)利用性以便于進行穩(wěn)定 測量和數(shù)據(jù)采集(包括流場測量等)。特別是在測試段有加熱的情況下，需要溶液在流動一定的時間后，才能達到穩(wěn)定狀態(tài)，這是開式回路不具備的。更 為不利的情況是，當(dāng)泡沫進入到測試段時，會對各種參數(shù)(流量、壓差等) 的測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，進而會使整體結(jié)果有很大偏差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種表面活性劑溶液的減阻 特性實驗裝置，能夠降低表面活性劑溶液減阻特性實驗中產(chǎn)生的泡沫，加快 實驗進度，獲取連續(xù)可靠的實驗數(shù)據(jù)。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。 一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，包括儲液箱，測試段，連 通測試段入口的進液腔室，連通測試段出口的出液腔室，連通出液腔室和儲 液箱的出液管，連通儲液箱和進液腔室的進液管，以及設(shè)置在進液管上的循 環(huán)泵，其特征在于，所述出液管伸入儲液箱，并在其伸入段的管壁上開設(shè)有 孔洞。
本發(fā)明的進一步改進和特點在于
所述儲液箱內(nèi)設(shè)置有溢流桶，所述出液管伸入溢流桶內(nèi)。 所述進液管伸入進液腔室，并在其伸入段的管壁上開設(shè)有孔洞。 所述進液腔室的上方設(shè)置有排沬閥。 所述進液腔室的中間設(shè)置有濾網(wǎng)。 所述測試段的入口部分為漸縮流道。
所述測試段的出口部分伸入出液腔室，并且為漸擴流道。 本發(fā)明的能夠降低表面活性劑溶液減阻特性實驗中產(chǎn)生的泡沫，加快實 驗進度，獲取連續(xù)可靠的實驗數(shù)據(jù)；其具體措施和效果說明如下。 (1)儲液箱降沬從現(xiàn)有的實驗裝置可以看出，在表面活性劑溶液流體通過測試段回流到 儲液箱時，會直接沖擊儲液箱中的溶液產(chǎn)生大量的泡沫。而本發(fā)明是把出液 管伸入到儲液箱中，并在其伸入段的管壁上開設(shè)有孔洞。這樣就能使流體從 伸入段的各個孔洞中分流出去，并且儲液箱中剩余的溶液會對這股流體產(chǎn)生 阻力，從而降低出液管中流體的主流速度，進而降低泡沬的產(chǎn)生。
對于還會產(chǎn)生的少量泡沬，通過在儲液箱內(nèi)設(shè)置有溢流桶，出液管伸入 溢流桶內(nèi)，使回流溶液先流入小容器溢流桶內(nèi)，而不是直接進入儲液箱的整 體溶液中，這樣就可以使產(chǎn)生的少量泡沬有時間上浮，從而再次保證儲液箱
底部溶液中沒有泡沬；同時，也防止了在儲液箱底部產(chǎn)生少量的泡沫直接被 離心式循環(huán)泵吸入，不僅使循環(huán)泵的性能下降，而且會降低循環(huán)泵的使用壽 命。從而，在源頭上防止了泡沬進入整個測試回路中。 (2)測試段降沬
測試回路設(shè)計中，在流體進入到測試段前要先進入一個進液腔室緩沖， 使進入測試段的流體不會產(chǎn)生較大的波動。在流體溶液從進液管流入到進液 腔室中時，由于流速很大，沖擊也很大，并且進液腔室的空間不會很大，這 種情況下溶液也很容易產(chǎn)生泡沫。本發(fā)明把進液管伸入到進液腔室內(nèi)部，并 在進液管伸入段的管壁上開設(shè)有孔洞，使流體從管壁上的各個孔洞中分流出 去，從而降低進液管中流出流體的主流速度，并且減小流體對方進液腔室底 壁和進液腔室中溶液的沖擊，進而降低泡沫的產(chǎn)生。本發(fā)明中還在進液腔室 的頂部設(shè)計了一個排沬閥，當(dāng)進液腔室中有產(chǎn)生泡沫(不能保證完全沒有泡 沬)時，可以打開排沬閥把泡沬通過管道排除。這兩個措施的功能是為了防 止大的泡沫團進入到測試段而影響到所測數(shù)據(jù)的可靠性，而且可以及時的排 除進液腔室中的泡沫，防止進液腔室的壓力過大而憋壞進液腔室。同時，本發(fā)明在表面活性劑溶液從進液腔室進入到測試段的入口部分采
用漸縮流道，而不是突縮結(jié)構(gòu)；測試段的出口部分伸入出液腔室，并且為漸 擴流道。這樣可以防止溶液在進出測試段的二維通道時產(chǎn)生大漩渦，從而降 低溶液的波動，減少泡沫的產(chǎn)生幾率。
本發(fā)明用于降沫的技術(shù)措施，易于制造和實施，方便安裝，切實可行； 可以很好的降低在表面活性劑溶液減阻特性實驗研究中泡沫的產(chǎn)生率，提高 實驗進度。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。 圖1為一種具體的表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置示意圖。 圖2為儲液箱處的降沫部件的連接示意圖。 圖3為進液腔室處的降沫部件的連接示意圖。
具體實施例方式
參照圖1， 一種具體表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，其循環(huán)回路主 要包括儲液箱l，設(shè)置在儲液箱1中的攪拌器2，測試段3，連通測試段3 入口的進液腔室4，連通測試段3出口的出液腔室5，連通出液腔室5和儲液 箱1的出液管6，連通儲液箱6和進液腔室4的進液管7，以及設(shè)置在進液管 7上的循環(huán)泵8;其中，進液腔室4和出液腔室5均為方形腔室；測試段3的 入口部分為漸縮流道，測試段3的出口部分伸入出液腔室5，并且為漸擴流道; 進液腔室4的中間設(shè)置有濾網(wǎng)9，其上方設(shè)置有排沫閥10;循環(huán)泵8為離心 泵。本實驗裝置的數(shù)據(jù)處理單元主要包括設(shè)置在測試段上的微差壓變送器 11、檢測進液管流量的電磁流量計12，數(shù)采儀13，計算機14;數(shù)采儀13采 集壓力和流量等數(shù)據(jù)，輸入計算機14，進行實驗數(shù)據(jù)的處理。參照圖2，儲液箱1設(shè)計成圓筒形，底面直徑為D，高為H (由實驗系統(tǒng) 容積的大小決定)。在設(shè)計溢流桶15時，也把其做成圓筒形，其底面直徑為 儲液箱1底面直徑的30 40%，其高度為儲液箱1高度的70%，這樣不僅節(jié)省 材料，而且使流體在溢流桶15出口的速度比較小，同時又有充分的時間供泡 沬上浮。出液管6伸入到溢流桶15中的長度為溢流桶15高度的80 90%，并 且在此垂直伸入段上均勻開設(shè)孔洞，開孔率50% 60%之間，這樣可以使流體 回流速度得到最大的降低，防止對底壁造成大的沖擊產(chǎn)生大量氣泡。并且， 離心泵的管道接口設(shè)計在溢流桶15之外的儲液箱1底部，這樣泡沫在溢流桶 15上升到溶液頂層，而不會直接進入到離心泵和整個測試回路中。
參照圖3，在測試段降沫的設(shè)計中，把進液管7伸入到進液腔室內(nèi)部，并 且靠近進液腔室4左壁，伸入長度為進液腔室4高度的70 80%，并在進液管 7的伸入段上均勻開設(shè)孔洞，開孔率在50% 60%之間。在測試回路在運行時， 進液腔室4中是充滿了溶液，進入進液腔室4中的溶液也可以降低主流速度 來減少泡沫的產(chǎn)生。在進液腔室4的頂部設(shè)置排沫閥10，排沫閥10的直徑為 進液管7內(nèi)徑的30 40%。 一旦進液腔室4中有泡沫產(chǎn)生，可及時打開排沫閥 10快速排除泡沫，不僅可以防止泡沫進入測試段3，還可以降低進液腔室4 氣壓以防憋壞。
本實施例中，測試段3采用二維矩形直通道，其橫斷面為10mmXl25mm， 減阻溶液為陽性表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)配同等凈質(zhì)量的 水楊酸鈉(NaSal)做溶質(zhì)和水形成溶液，濃度為75ppm，溫度為25"C。儲液 箱1的尺寸為底面直徑800mm，高900mm;出液管6的尺寸為巾78X4腿， 伸入到儲液箱1內(nèi)距底部200ram，在距出液管6末端550mm處開始開設(shè)孔洞， 孔洞直徑為小30咖，開孔率為58%;位于儲液箱1底部的溢流桶15的底面直徑為300mm，高為650mm。由于這種陽性表面活性劑溶液具有一定的腐蝕性， 因此，上述部件均采用2mm厚的0Crl7Nil2Mo2不銹鋼制造。進液腔室4內(nèi)部 高340mm，進液管7直徑為60mm，并且伸入到進液腔室4內(nèi)235mm，在進液管 7的伸入段開設(shè)孔洞，孔徑為20mm，開孔率為58%;排沫閥10為不銹鋼材料 制成的DN20閥。
采用本實施例所示的表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置進行實驗。當(dāng) 開始運行時，由于離心泵的轉(zhuǎn)速不高，在進液腔室4處流體開始沖擊，產(chǎn)生 一些泡沬，但是這些泡沬由排沫閥10排除，不會進入測試段3內(nèi)。而后，本 實驗裝置穩(wěn)定運行，在儲液箱1中產(chǎn)生的泡沫有效的減少，并且離心泵的運 行狀況良好，沒有產(chǎn)生很大的噪音和振動。實驗連續(xù)進行，完成一組實驗總 共用了50min，相比傳統(tǒng)的試驗裝置，節(jié)約時間將近3小時以上。
權(quán)利要求
1、一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，包括儲液箱(1)，測試段(3)，連通測試段(3)入口的進液腔室(4)，連通測試段(3)出口的出液腔室(5)，連通出液腔室(5)和儲液箱(1)的出液管(6)，連通儲液箱(1)和進液腔室(4)的進液管(7)，以及設(shè)置在進液管(7)上的循環(huán)泵(8)，其特征在于，所述出液管(6)伸入儲液箱(1)，并在其伸入段的管壁上開設(shè)有孔洞。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，其 特征在于，所述儲液箱(1)內(nèi)設(shè)置有溢流桶(15)，所述出液管(6)伸入溢 流桶(15)內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，其 特征在于，所述進液管(7)伸入進液腔室(4)，并在其伸入段的管壁上開設(shè) 有孔洞。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，其 特征在于，所述進液腔室(4)的上方設(shè)置有排沫閥(10)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，其 特征在于，所述進液腔室(4)的中間設(shè)置有濾網(wǎng)(9)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，其 特征在于，所述測試段(3)的入口部分為漸縮流道。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置，其 特征在于，所述測試段(3)的出口部分伸入出液腔室(5)，并且為漸擴流道。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面活性劑溶液的減阻特性研究領(lǐng)域，特別涉及了一種表面活性劑溶液的減阻特性實驗裝置。它包括儲液箱，測試段，連通測試段入口的進液腔室，連通測試段出口的出液腔室，連通出液腔室和儲液箱的出液管，連通儲液箱和進液腔室的進液管，以及設(shè)置在進液管上的循環(huán)泵，其特征在于，所述出液管伸入儲液箱，并在其伸入段的管壁上開設(shè)有孔洞。
文檔編號G01N11/00GK101545843SQ20091002207
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者方嘉賓, 王劍峰, 高秀峰, 魏進家 申請人:西安交通大學(xué)