16.8. ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ ДОБАВОК НА ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ ВОДЫ
В 1948 г. Томсом было обнаружено, что при турбулентном течении жидкости добавка полимера (полиметилметакрилата в монохлорбензол) снижает гидравлическое сопротивление потока. В дальнейшем были найдены полимеры, эффективно снижающие гидравлическое сопротивление при течении воды, причем эффект возрастало увеличением молекулярной массы полимеров. При одинаковых молекулярных массах более эффективными оказываются полимеры, молекулы которых имеют линейную структуру с малым количеством боковых ветвей. Для некоторых полимеров было обнаружено существование оптимальных концентраций, при которых снижение сопротивления достигает насыщения (или максимума). Эти оптимальные концентрации малы и неодинаковы у различных полимеров. Слабые растворы высокополимеров проявляют эффект снижения сопротивления в турбулентном режиме не при всех числах Рейнольдса, а лишь при достижении определенного для каждого раствора значения скорости касательного напряжения на стенке.
Наибольшее внимание в последние годы было уделено таким высокомолекулярным веществам, как полиэтиленоксид, полиакриламид, гуаровая смола. Опыты показали, что в трубах малого диаметра снижение сопротивления может достигать 70%, в то время как концентрация полимера составляет лишь сотые или тысячные доли процента.
Рис. 16.8. Профили скоростей в безразмерных координатах
Введение в поток воды высокополимерных добавок изменяет структуру пристенной турбулентности. Как установлено в опытах Е. М. Хабахпашевой и Б. В. Перепелицы, основное действие высокомолекулярных добавок проявляется в снижении интенсивности поперечных компонент пульсационной скорости. Это приводит к деформации профиля средней скорости, причем промежуточная зона потока, в которой молекулярная и турбулентная вязкости соизмеримы по величине, увеличивается в размерах (рис. 16.8).
Снижение интенсивности турбулентного обмена в пристенной области течения вызывает увеличение термического сопротивления в потоке. При этом роль промежуточной зоны потока в процессе теплообмена сильно возрастает. Если при течении воды 
термическое сопротивление вязкого подслоя составляет примерно 2/3 полного термического сопротивления потока, то в слабом растворе полимера (полиакриламида) термическое сопротивление промежуточной области может превысить сопротивление вязкого подслоя примерно в полтора раза. Отмеченные выше факты приводят к тому, что снижение гидравлического сопротивления путем введения высокополимерных добавок в поток воды сопровождается пропорциональным или более сильным снижением интенсивности теплообмена.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кутателадзе С. С., Попов В. И., Хабахпашева Е. М. К гидродинамике жидкостей с переменной вязкостью.— «Жури, прикл. механ. и техн. физ.», 1966, Л. 1, с. 45.
2. Некоторые вопросы гидродинамики и теплообмена структурно-вязких сред.— В сб.: Тепло-и массообмен в неньютоновских жидкостях. Под ред. А. В. Лыкова и Б. М. Смольского. М., «Энергия», 1968. Авт.: С. С. Кутателадзе, Е. М. Хабахпашева, В. Б. Лемберский, В. И. Попов.
3. Рейнер М. Деформация и течение. Пер. с англ. М.. Изд-во иностр. лит., 1963.
4. Смольский Б. М., Шульман 3. П., Гориславец В. М. Геодинамика и теплообмен нелинейно вязкопластичных материалов. Минск, «Наука и техника», 1970.
5. Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости. Пер. с англ. М., «Мир», 1964.
6. Хабахпашева Е. М. Теплообмен при течении неньютоновскнх жидкостей в трубах.— В сб.: Реология (полимеры и нефть). Тр. Всесоюз. школы по реологии, 1977 г., Новосибирск. Под ред. Г. В. Виноградова и др. Новосибирск, 1977, с. 93.
7. Шульман 3. П. Конвективный тепломассоперенос реологически сложных жидкостей. М., «Энергия», 1975.
8. Экспериментальное исследование пристенных турбулентных течений. Новосибирск, «Наука», 1975. Авт.: С. С. Кутателадзе,Б. П. Миронов, В. Е. Накоряков, Е. М. Хабахпашева.
