Flow visualization studies of a turbulent drag reducing solution

Authors


Abstract

A nondisturbing photochromic dye trace technique has been employed to study the flow profiles of water-alcohol solutions containing the drag reducing polymer Polyox at concentrations of 0.55 to 5.5 ppm. Drag reductions of from 33 to 75% were observed in a smooth glass pipe. The dye traces show a thicker wall layer for the drag reducing solutions than that for the solvent alone. The core region is relatively unaffected by the polymer at 0.55 ppm and at 5.5 ppm the relative thickness of the turbulent core region has been greatly reduced. Earlier, unpublished work of Corinthios shows effectively no core at 33 ppm. Mean velocity and apparent axial turbulence intensity profiles obtained are in general agreement with previous data in the literature obtained with other methods and in the wall region the low frequency intensity is greater than that of the pure solvent. This is consistent with the results of Spangler but not those of Seyer. Higher low frequency intensities measured in the wall region suggest that higher frequency fluctuations are suppressed and/or that the time stability of eddies is increased as indicated by the reduced frequency of wall ejections in drag reducing solutions.

Abstract

On a employé une méthode non-perturbatrice, à base de traces de colorant photo-chromique, pour étudier les profils d'écoulement de solutions aqueuses d'alcool contenant le polymère Polyox, qui diminue la force de traînée; l'étude a été faite à des concentrations variant entre 0.55 et 5.5 p.p.m. On a noté des diminutions de la force de traînée de 33 à 75% dans un tuyau de verre uni. Les traces de colorant ont indiqué que les solutions qui diminuaient la force de traînée formaient aux parois une couche plus épaisse que dans le cas du solvant seul. La partie centrale a été relativement non affectée par le polymère à une concentration de 0.55 p.p.m., mais, à une concentration de 5.5 p.p.m., il y a eu une forte réduction de l'épaisseur relative du noyau central turbulent (le travail précédent de Corinthios, qui n'a pas été publié, indiquait qu'il n'y avait formation d'aucun noyau central à une concentration de 33 p.p.m.). Les profils de vitesse moyenne et d'intensité de turbulence axiale apparente qu'on a obtenus concordent généralement bien avec les résultats de travaux publiés, dans lesquels on avait employé d'autres méthodes; dans la région des parois, l'intensité de la faible fréquence s'est avérée plus grande que celle du solvant pur.

Les dits résultats concordent avec ceux de Spangler, mais non pas avec ceux de Seyer. Les intensités plus grandes de la faible fréquence qu'on a observées dans la région des parois semblent indiquer que les fluctuations de la fréquence plus élevée ont disparu et/ou que la stabilité des remous avec le temps s'est accrue, comme l'indique la fréquence réduite des éjections sur les parois dans les solutions où la force de traînée est diminuée.

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