Sposób wyznaczania rozkładów współczynnika wnikania ciepła na powierzchniach rury w zakresie przejścia laminarno - turbulentnego
(grant KBN nr PB 1729/T10/2000/19)
Przepływ nienewtonowskich roztworów polimerowo-micelarnych w rurach
(grant KBN nr 3 T09C 041 27, PB 1246/T09C/2004/27)
W pracy podjęta zostanie próba rozwiązania zagadnienia obliczania (przewidywania) anormalnej redukcji strat ciśnienia przy przepływie cieczy za pomocą jednoczesnego dodania do niej substancji powierzchniowo czynnej i wielkocząsteczkowego polimeru. Problem jest nowy i - jak dotąd - nie zbadany zarówno w sensie teoretycznym jak również doświadczalnym. Opierając się na pewnych wstępnych wynikach badań wnioskodawca projektu wysunął hipotezę, że roztwory polimerowo - micelarne mogą wykazywać znacznie bardziej efektywną redukcję oporów przepływu w porównaniu ze zjawiskiem Tomsa (dodatki wyłącznie wielkocząsteczkowego polimeru) lub zjawiskiem White'a (dodatki tylko substancji powierzchniowo czynnej). Istotnym, spodziewanym rezultatem badań doświadczalnych, które wnioskodawca chciałby przeprowadzić jest potwierdzenie tezy, że roztwory polimerowo - micelarne wykazują znaczne rozszerzenie strefy redukcji oporów w zakresie turbulentnym w porównaniu ze strefami obserwowanymi w zjawiskach Tomsa lub White'a, przy czym degradacja struktury cieczy powinna być poważnie ograniczona. Mieszaniny polimerowo - micelarne w układach niejonowy polimer - jonowa substancja powierzchniowo czynna , ich uwarunkowania elektrostatyczne oraz układy hydrofobowo modyfikowanych tego rodzaju roztworów są dosyć dobrze rozpoznane w sensie fizykochemicznym. Brak jest natomiast informacji na temat reologicznego zachowania się takich cieczy - zwłaszcza w zakresie przepływu turbulentnego. Stanowi to wyzwanie, które chciałby podjąć wnioskodawca proponując mechanizm redukcji oporów przepływu złożonych, nienewtonowskich cieczy polimerowo - micelarnych oraz propozycję - w wyniku planowanych badań - metodę pozwalającą na projektowanie i przewidywanie anormalnej redukcji strat ciśnienia w rurociągach, wywołanej śladowymi dodatkami polimerów i substancji powierzchniowo czynnych.
Przepływ cieczy nienewtonowskich w przewodach zakrzywionych o przekroju eliptycznym
(grant KBN nr 7 T09C 001 20, PB 1313/T09/2001/20)
Zbudowano nowoczesny, oryginalny reometr kapilarno-rurowy i zainstalowano na nim zakupioną aparaturę kontrolno-pomiarową uzupełniając ją posiadanymi czujnikami różnicy ciśnień firmy Peltron. Dokonano adaptacji i konfiguracji głównych układów pomiarowych wydatków przepływu, strat ciśnienia i temperatury. Opracowano niezbędne do prowadzenia badań oprogramowanie. Wyznaczono, w drodze doświadczalnego wzorcowania, średnice prostoosiowych rur wykonanych ze stali nierdzewnej oraz zakrzywionych toroidalnie rurek z tworzyw sztucznych, które zainstalowane zostały na stanowisku doświadczalnym. Opracowano pierwszą, wersję metody wielokrotnej transformacji zmiennych fizycznych. Zmodyfikowano równania Ito dla przepływu reostabilnych cieczy nienewtonowskich w zakresie laminarnym i turbulentnym. Wstępna weryfikacja tych równań, wykonana przy zastosowaniu rurek z tworzyw sztucznych, wykazała dużą zgodność wyników rozważań teoretycznych z uzyskanymi dotąd rezultatami eksperymentalnymi. Jest ona obiecująca i zachęca do prowadzenia dalszych zaplanowanych badań eksperymentalnych. Podstawy teoretyczne II wariantu (hipotezy) "metody wielokrotnej transformacji" opublikowano w kwartalniku PAN "Inżynieria Chemiczna i Procesowa" oraz w materiałach konferencyjnych XV Krajowej Konferencji Mechaniki Płynów oraz Konferencji "Energetyka 2002". W myśl drugiej hipotezy, wychodząc z równań Naviera-Stokesa i zakładając równość masowych i objętościowych wydatków przepływu oraz równość dyssypacji energii w obydwu porównywanych przypadkach założono, że gęstość i jednostkowe spadki ciśnienia są takie same. Do wzorcowania stanowiska doświadczalnego (reometru kapilarno - rurowego) oraz wspomagających go układów pomiarowych wykorzystano wodę destylowaną. Stwierdzono bardzo dobrą zgodność krzywych oporów w zakresie laminarnym i turbulentnym z ogólnie zaakceptowanymi formułami bezwymiarowymi obowiązującymi dla cieczy newtonowskich. Uzyskane w ten sposób dane doświadczalne stanowiły podstawę do wyznaczenia średnic prosto osiowych i zakrzywionych przewodów o przekrojach kołowych i wymiarów półosi przewodów o przekrojach eliptycznych. Wzorcowanie elektromagnetycznych przepływomierzy oraz różnicowych czujników ciśnienia wykazało, że są one w pełni przydatne do badań procesów przepływowych złożonych reologicznie cieczy nienewtonowskich. Opracowano metodykę badań zmierzających do porównania rozważań teoretycznych (I i II wariant metody "wielokrotnej transformacji") z wynikami eksperymentalnymi uzyskanymi za pomocą zbudowanego w ramach projektu reometru kapilarno-rurowego.