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CTAB表面活性剂湍流传热实验与模拟计算
[徐智良,金浩]
[华东理工大学化学工程系,上海200237]
[摘要]阳离子表面活性剂溶液在湍流时表现出传热性能恶化的现象。通过流变性能测试,验证了实验条件下溴化十
六烷三甲基铵/反式-氯代肉桂酸(CTAB/trans-pCICA)溶液体系的表观黏度变化符合Cross模型,并结合
Arrhenius方程得到了各模型参数随温度的变化关系式,以此构建适用于FLUENT模拟计算的非牛顿流体模
型。通过自主设计的试验台,测定了工质在圆管内湍流流动的传热规律:在实验范围内,工质的传热性能恶
化率达67%-84%;在Re约为20000与35000处出现两次传热性能部分回升的现象,联系微观机理推断胶束
结构在两处发生了部分改变。将实验与计算结果对比分析,结果表明模拟计算能够很好地反映实验现象,进
而结合FLUENT与场协同原理分析了表面活性剂体系的传热特性,定性解释了表面活性剂的传热恶化原因。
[关键词]表面活性剂;计算流体力学;传热;FLUENT;胶束结构
ExperimentandsimulationofCTABsurfactantturbulentheat
transfer
[XUZhiliang,JINHao]
[DepartmentofChemicalEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,shanghai
200237,China]
[Abstract]Cationicsurfactantsolutionsexhibitadeteriorationinheattransferperformanceundertheturbulentflow.
TherheologicalpropertytestsverifythattheviscositychangeofCetylTrimethylAmmonium
Bromide/trans-pCinnamicacid(CTAB/trans-pCICA)solutionsystemconformstotheCrossmodelunder
theexperimentalconditions.TheArrheniusequationisusedtoobtainthecorrelationsbetweenthe
parametersofthemodelandthetemperaturewhichprovidethebasisforcomputationalfluiddynamics
simulationexperiments.Furthermore,throughadesignedtestbench,theheattransfercharacterofthe
turbulentflowinacirculartubewithhighReynoldsnumberwasinvestigated.Ithasbeenfoundthatthe
reductionrateoftheheattransferperformanceoftheworkingmediumreached66%to84%underthe
experimentalcondition;theheattransferperformancewaspartiallyenhancedatabout20000and35000of
Re.Itwasdeducedthatsomechangesinmicellestructureoccurred.Theexperimentalresultswere
comparedwiththecalculatedresults,whichshowsthatthecalculatedsimulationfitstheexperimentwell.
Theheattransfercharacterhasalsobeenexplainedbythefieldsynergyprinciple,whichqualitatively
explainedtheheattransferreductionofsurfactantsolutions.
[Keyword]Surfactant;Com
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