界面减阻——油气管输工艺的一项前沿技术

2011-11-12 05:03:00

    我国著名输油工艺技术专家罗塘湖说:“在管道输送节能挖潜方面,还有未开垦的处女地。具体来说,就是还没有真正在管子本身作文章,还没有真正涉足管输工艺的一项前沿技术——界面减阻。”

    界面减阻技术涉及仿生学原理及知识。海豚和鲨鱼都能在海水中高速游动,都有某种减阻的巧妙方法。生物工程专家们经过研究后认为,海豚的减阻机理与其身体附近可形成层流边界层有关,由此启发人们研究在管内壁涂覆或粘贴某种材料,以改变其物化性质,从而达到减阻的目的。而鲨鱼的减阻机理似乎与此相反,它被认为是在其粗糙的表皮形成的湍流边界层的条件下取得减阻效果的。鲨鱼表面的结构特征与特性促使人们开展了在刚性壁面上加工沟槽的流动试验研究。据报道,德国飞机制造商经过试验证实,同鲨鱼“皮肤”一样的飞机机身表面能节省燃料8%。用同样的燃料可使飞机飞得更远更快。1992年第6期“科学发展与改革”报道,德国戈伦公司发明了一种可以减少空气阻力的塑料薄膜,这种薄膜的正面是一种特殊形状的轴状条纹,可以减少空气的阻力,将这种薄膜覆盖在飞机的外表面,可使空气阻力减少8%。用这种薄膜取代油漆作涂料,在同样面积上的重量只是油漆的38%。用这种薄膜覆盖飞机、舰艇、汽车的外表面,可以节约燃料11%左右。“仿生鲨鱼皮”--Fastskin游泳衣的面料状似鲨鱼皮肤,其表面布满齿状V形凹槽。凹槽的规格经过科学计算,精确符合鲨鱼皮的尺寸。这种面料能够有效提高速度。面料印花产生的涡流与凹槽造成的涡流方向相反,最终两股涡流生成乱流。这样泳衣就更加贴身,从而减小水的摩擦阻力,并可增加运动员在水中的稳定性。再如高尔夫球上的凹痕的作用,人们发现表面粗糙的球比表面光滑的飞得更远。凹痕使得球体周围的气流附着的时间更长,从而减少了形成阻力的空气湍流,增加了飞行距离。

    我国江苏工业学院油气储运工程中心水力学实验室目前正在对“顺流向的V形沟槽减阻”进行效能研究,在V形沟槽面的表面阻力测量实验中获得了最大6%的减阻效果。受原中国石油天燃气管道局的委托,江苏石油化工学院前几年开展了“管道内壁改性降低输油摩阻”的可行性研究,从传统的流体力学理论出发,在油田集输管道和输气管上加内衬涂盖层等研究内容,用Φ9新无缝钢管与F46(聚全氟代乙丙烯)管进行输水对比试验,用Φ23憎水与不憎水玻璃管进行输水、输羧甲基纤维素溶液、输甘油对比试验,用Φ22新无缝钢管与F46管进行输水、输油(30号汽油、机油和N7号机油)对比试验。结果表明,在相同的条件下,内壁改性的管道其水力摩阻减少,水力坡降和阻力系数均降低。另外据知,我国天津大学力学系近年也开展了柔性壁减阻、人工沟槽减阻技术的探索性研究,并采用激光测速等先进试验手段进行实验。另据资料介绍,日本使用直径50.8mm、管内侧刻有“V”字形沟槽的氯乙烯管作试验,空气流速为1.5~13.0m/s,研究表明,有沟槽的管子确实比无沟槽的管子空气阻力小,阻力系数最小的是沟深0.435mm、沟宽1.774mm的管子。这种管子可使气体、液体多输约10%,在同等的条件下,可节约管输成本10%。

    上述的诸多界面减阻的例子说明,大自然中界面减阻的方法与客观规律很多,隐藏在人们的意识之外而没被人们充分认识与了解,还有待人们去发现、去利用。(石油知识)

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