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Abstract

Turbulent flow drag reduction is governed by elastic effects within the boundary layer of the flow. The effect of elasticity is to reduce the radial momentum transfer rates of large eddies that exist near the tube wall, and in so doing a reduction in the turbulent flow drag occurs. A recent theoretical analysis is used to formulate a general discussion of the significant features of drag reducing systems and is used to predict quantitatively the percentage reductions in drag for systems of practical significance. It is shown that little or no drag reduction can be expected in large tubes using polymeric materials that are presently available though micellar systems show effects of substantial magnitude which appear to be exploitable.

An analysis is presented which indicates that laminar annular films of dilute polymeric fluids, used to enable the core fluid or a capsule to “slide” through a pipeline at reduced pressure drop, are of especial interest in that the normal stress field may generate forces which increase the concentricity of the core in the presence of major density differences. This exploitation of non-Newtonian fluid properties, suggested some years ago by Lummus, does not appear to have been subjected to analysis before, nor do verifying experimental data appear to be available.

La diminution de la perte de charge au cours d'un écoulement turbulent est régie par des effets d'élasticité qui se manifestent dans la couche-limite de l'écoulement. L'effet d'élasticité réduit la taux de transfert de la force vive radiale des tourbillons prononcés qui se manifestent près de la paroi du tube, diminuant ainsi la perte de la charge au cours de l'écoulement turbulent. L'utilisation d'une récente analyse théorique permet d'amorcer une discussion générate sur les caractéristiques notables des systèmes qui diminuent la force de traînée; on l'emploie aussi pour pour prédire quantitativement les pourcentages de diminution de traînée dans le cas de systèmes qui ont une importance pratique. On démontre que la diminution de la force de traînée est faible ou nulle dans des conduites de diamètres importants en utilisant les polymères qui sont actuellement disponibles; toutefois, les systèmes micellaires produisent des effets d'amplitude appréciable dont on pourrait, semble-t-il, bénéficier. L'analyse indique que les films periphériques de la solution aqueuse diluée du polymère, utilisés pour permettre au fluide interne ou a une capsule de “glisser” dans une conduite avec diminution de perte de charge sont particulièrement intéressantes: en effet, les efforts normaux produits en présence de différences prononcées de densité, permet au fluide interne ou capsules d'être transportés au centre de la conduite. L'utilisation des propriétés des fluides non-newtoniens que Lummus a proposée, il y a quelques années, ne semble pas avoir déjà été analysée; il ne semble pas non plus qu'on dispose de résultats expérimentaux de vérification à ce sujet.