Effects of Degradation on Drag Reduction in Turbulent Pipe Flow of Nonionic Surfactant Aqueous Solutions

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2012-01-01 DOI:10.1678/RHEOLOGY.40.69

Shinji Tamano, Kotaro Miyagawa, Yohei Morinishi, M. Itoh, K. Taga

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Abstract

界面活性剤は,陽イオン性,陰イオン性,両イオン性, および非イオン性に大別され,その流動抵抗低減 (DR)効果についてはこれまでに,例えば Gyr, Bewersdorff の著書や Zakinらのレビューにまとめられている.また最近, Qi, Zakinは界面活性剤水溶液のレオロジー特性と DRの関係について,Broniarz-Pressらはポリマーと界面活性剤の DR の相違について,それぞれ詳細なレビューを報告している. 近年,省エネ技術への関心の高まりと関連して,界面活性剤添加による DR効果が改めて注目されてきている.Usui, Saekiの最近の報告によれば,陽イオン性界面活性剤(商品名 LSP-01)の省エネルギー型空調システムへの導入実績は 150件を超えている.DR剤として陽イオン性界面活性剤が広く用いられているが,これは,広い溶液温度域(5~ 60 oC)において高い抵抗低減率(60~ 80 %)が得られ,機械的せん断に対する劣化の影響を受けにくいという優れた特性を有しているためである.しかしながら,陽イオン性界面活性剤は環境負荷が比較的高く,その DR剤としての利用は閉ループ系の流れに限定される.今後,DR剤としての用途拡大と環境問題への対応を勘案すると,環境負荷がより小さい界面活性剤の開発を推進する必要がある. 非イオン性界面活性剤は陽イオン性界面活性剤に比べて環境負荷が非常に小さく,1970年代に Zakinらによりその DR効果が明らかにされた.近年,Hellstenらにより, 従来よりも広い温度範囲(5~ 40 oC)において DRが得られる非イオン性界面活性剤(SPE 95285,主にオレイルアルコールとエタノールアミンの混合物)が開発され,Matthys らのグループにより,その DR効果,管径効果,および熱伝達特性の詳細が明らかにされている.同様に,Usui らは 10~ 40 oCの温度範囲において DRが得られる非イオン性界面活性剤(AROMOX,主成分:オレイルジメチルアミンオキシド)を開発している.また,著者らは, AROMOX水溶液を用いて,加圧流下式の円管内流れ(内径 5 mm),ならびに平板上乱流境界層流れにおける DR効果を明らかにしている.以上のように,非イオン性界面活性剤の DR効果に関する研究は,陽イオン性界面活性剤の場合と Effects of Degradation on Drag Reduction in Turbulent Pipe Flow of Nonionic Surfactant Aqueous Solutions

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降解对非离子表面活性剂水溶液紊流减阻的影响

表面活性剂大致分为阳离子性、阴离子性、双离子性以及非离子性。关于其降低流动阻力(DR)的效果，目前已有研究表明，例如Gyr;Bewersdorff的著作和Zakin等人的评论中也有总结。最近，Qi，Zakin和Broniarz-Press等分别对表面活性剂水溶液的流变特性和DR的关系和聚合物和表面活性剂DR的差异进行了详细的回顾报告。近年来，随着人们对节能技术的关注，添加界面活性剂的DR效果再次受到关注。根据Saeki最近的报告，阳离子表面活性剂(商品名LSP-01)在节能型空调系统中的实际应用已超过150项。中广泛使用，其优点是在宽溶液温度范围(5~ 60oc)中可获得较高的电阻降低率(60~ 80 %)，不易受到机械剪切的劣化影响。因为具有特性。但是，阳离子表面活性剂的环境负荷比较高，其作为DR剂的用途仅限于闭环系统的流程。今后，考虑到作为DR剂的用途的扩大和环境问题的应对，有必要推进对环境负荷较小的界面活性剂的开发。非离子性表面活性剂与阳离子性表面活性剂相比，对环境的负荷非常小，70年代Zakin等人发现了其DR效应。近年来，Hellsten等人提出，开发出了在比以前更宽的温度范围(5~ 40oc)下可得到DR的非离子性表面活性剂(SPE 95285，主要是奥瑞醇和乙醇胺的混合物)，Matthys等的小组，阐明了其DR效应、管径效应以及热传递特性的详细情况。同样，Usui等人正在开发在10~ 40oc温度范围内可得到DR的非离子性表面活性剂(AROMOX，主要成分:奥瑞尔二甲基胺氧基)。采用AROMOX水溶液，在加压流下的圆管内流动(内径5mm)以及平板上湍流边界层流中显示了DR效应。综上所述，关于非离子性表面活性剂DR效果的研究包括:阳离子性表面活性剂的情况:Effects of Degradation on Drag Reduction in TurbulentPipe Flow of Nonionic Surfactant Aqueous Solutions

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