CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHAP GIẢM LỰC CAN 1.1 Giới thiệu chung Hiện nay, đi kèm với sự phát triển của thé giới là nhu cd tiêu thụ năng lượng tăng cao. ồn tài nguyên năng lượng hóa thạch (than, dầu khí, thủy điện.) có hạn và Không tự tả tạo được, Tốc độ khai thác và iêu thy nguồn năng lượng hóa thịch của son người cao một mức khổng 13. Nếu không sử dụng một cách có tính toán, viễn cảnh sạn kiệt nguồn năng lượng s đến rit nhanh. Với ngành khoa học hiện đại cũng nhiều giáo sư giỏi, phương pháp sử dụng nguồn năng lượng ta ạo như nãng lượng mặt trừ, năng lượng gió, năng lượng đại đương được nghiên cứu kĩ càng và là một trong những mũi tên đi ngành công nghiệp năng lượng trong tương lai.
Nhưng hiện tại, phương pháp này mới là những bước đi sơ khai, việc sử dụng được là có thé. Có điều chưa thé thương mại hóa được do giá thành quá dit đỏ. Việc cạnh tranh với ngành công nghiệp năng lượng thông thường la điều chưa th giải quyết được. Vì vây, chủ đề tiết kiệm năng lượng có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với sự phát triển của toàn thể giới cũng như mỗi quốc gia, một trong những giải pháp để giải quyết vin để phương pháp làm giảm lực cản dòng chảy Giảm lực cin trong đồng chảy mang lại nhiễ lợi ich trong các lĩnh vục khác nhau như: vận chuyển các chất lòng bằng đường ống, các hệ thổng làm lạnh và sưởi, hệ thống làm mát, h thing tưới tiêu trong thủy lợi, v.
Đồng thời giảm lực cân rong đồng chủy giúp lim tăng lưu lượng hay tốc độ dòng chảy, do đó sẽ giảm năng lượng yêu cầu của bơm giúp bơm tăng tuổi thọ, giảm đường kính ống, tiết kiệm năng lượng, sm chi phi đầu tr và chi phí vận hành.2Các phương pháp giảm lực cin 1.1 Giảm lực cần sứ dung sợi dung dịch với tỷ lệ kích thước của các sợi (I4) từ 25 35 cho thấy sự giảm lực căn với ning độ sợi cao. Với tỷ lệ kích thước ting lên và giảm bớt đường kính sợ, hiệu quả của các sợi hoá học tăng lên. Các hệ thống của các sợi hoá học hoà trộn với polymer đã đạt được hiệu quả giảm lực cản lên tới 95%. Mức độ giảm lực cản này cao hơn mức độ giảm lực cản đối với các polymer hoặc với các sợi đơn.
Các polymer ‘rong loại hệ thống này cũng bén hơn với sự phân rã Các sợi én định về mặt hos học vi cơ học trong mỗi rường nước. Do chứng không nhạy với nước hoá học, các vật liệu làm ống dẫn và nhiệt độ, chúng có thể hiệu quả trên một day nhiệt độ rộng. Tuy nhiên, việc sử dụng các sợi hoá học bị hạn chế bởi các trở ngặi mà chúng có thé gây ra các vin để the nghẽn trong các đường ống nước do nông độ cao (khoảng một vài phần trăm) yêu cầu cho sự giảm lực cản. Ngoài ra, chúng lược ứng dụng vào việc giảm lục cản trong các hệ thống nhà máy công nghiệp và ‘gin như không được sử dụng nhiễu vào các hệ thống sinh hoạt, nguồn nước dân cư do fe vin dé về sức khoẻ và các chỉ phí liên quan đến việc lọc bô các tạp chất trong nguồn nude.2 Giảm lực cần bằng bề mặt Riblets Ngoài các phương pháp sử dụng sợi tê thì sử dụng Ribleẹ cũng là một phương pháp làm giảm lực can đang nhận được sự quan tâm lớn từ các nhà nghiệ Riblet là một phương pháp thụ động được nghiên cứu để làm giảm lực cản.
của phương pháp sử dụng riblet so vớ ác phương pháp rên là không làm giảm khả năng truyền nhiệt, không lim thay đối tính chất vật ý của ưu chất nên rất an toàn khỉ sử dụng trong nguồn nước dân dụng, có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Khác nhau như giảm lục cân cho máy bay, tần thấy, hệ thống làm mắt, năng lượng. Tuy nhiên việc sử dụng riblet cũng có những hạn chế nhất định như hiệu quả giảm lực cản. thấp hơn những phương pháp kể trên, phụ thuộc vào biên dạng rblet, việc thiết kế, chế tạo cũng như vận hành, bảo dưỡng gặp nhiều khó khăn hơn “Có thể nói sử dụng riblet là một phương pháp có tính ứng dụng cao so với các phương pháp làm giảm lực cản khác, từ những phương tiện di chuyển hiện đại như máy bay, tàu siêu tốc cho đến trái golf hay bộ đồ bơi, tit cả đều có thé ứng dụng từ phương pháp. giảm lực cân bằng riblet.
“Các ứng dụng trong hệ thống kín của riblet cũng rất phổ biển như hệ thing nước nóng tung tim, hệ thông sưởi dm, thông giỏ và điều hòa không khí gọi tắt là HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning), HVAC được ứng dụng rộng rãi tong cuộc sống hàng ngày của chúng ta như ứng dung trong hệ thống điều hòa không khí và thông gió tại các tòa nhà cao ting, trung tâm thương mại. các ngành công nghiệp nặng như nhà máy di , máy bay, tau vũ trụ. Ngoài ra việc áp dụng riblet vào ống dẫn năng lượng như gas, đầu, hệ thống nước nóng trong các tỏa nhà cũng mang lạ "hiệu quả cao giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu, tăng hiệu quả và tuổi thọ của bơm2] 1.3 Giảm lực ean bằng chất phụ gia “rong vài thập ky gin diy hiện tượng giảm lực cin trong các dng chảy rỗi bằng các chất phụ gia có hoạt tính b& mặt surfactant đã nhận được nhiều sự quan tâm bởi vì nó giúp tết kiệm năng lượng đảng kể trong các hệ thống tun hoàn kin ding để làm lạnh và cấp nhiệt, Các ứng dụng của các phụ gia làn jam lực cán (DRAs) đang giảm đáng, kế các nhu cầu năng tiêu thụ năng lượng của hệ thống, giám bớt đường kính dng hoặc. Ứng dung nỗi ting đẫu tên của DRAS là trong việc vận chuyển dầu thô trong đường ống dẫn dầu ở Trans-Alaska (TAPS hoặc Alyeska) vào năm 1979.
"Đường ống dài $00 dim với đường kính 48 in, Sau khi thêm vào dung dich cô đặc của một đồng chảy thuận của polymer khối lượng phân tử lớn của trạm các tram bom tại sác nông độ đồng đều khoảng Ippm, lượng dầu thô dua vào quả tình vận chuyển được tang lên tới hơn 30%. Giảm lực cản bằng Polymer DRAs cũng được ứng dụng thành công tong các đường ông vận chuyển dẫu thô khác như các đường ống dẫn dẫu ở raq-Tuskey, co biển Bass ở Australia, ngoài Khoi Mumbai và ngoài Khoi biên Bắc và trong các dây chuyển sản xuất hydrocarbon tinh chế. Trong mỗi trường hợp, thành. phần polymer phải được thết kế cho hydrocacbon cụ thé được vận chuyển Polymer DRAs cũng đã được đề xuất cho các ứng dụng sau: các quá tình vận hành mỏ dầu, đường ông vận chuyển than bùn hoặc eapxun thuỷ lực, ngăn chặn sự xơ vữa động mạch, ngăn chặn sự chất người ừ ốt xuất huyết tăng the độ đồng phun nước tập trung trong thiết bị chữa cháy, ngăn chặn sự tắc nghẽn của các hệ thông nước thải sau các trận mưa lớn, tăng lưu lượng thể tích ea nước trong các nhà máy thuỷ điện và hệ thống tưới tiêu và như các chất chồng tạo sương trong nhiên liệu phản lực.
“Các surfactant làm giảm lực căn cót sử dụng trong các hệ thống lim mắt và sười ấm khu vực nội thành (DHC). Các hệ thống này cung cấp hoặc khử nhiệt trong các toà nhà hoặc một quận nội thành bằng một chu tình tuẫn hoàn kín của nước được gia nhiệt hoặc 1m mắt tại tram trung gian. Sự yêu cầu năng lượng cho sự tun hoàn kin của nước sản sinh ra khoảng 15% của năng lượng tổng cho một DHC. Để giảm yêu cầu năng lượng tương đối lớn này, có thể đảng kể giảm bớt ma sắt trong hệ thông twin hoàn nước kín.
sự giảm lực cản bằng các surfactant là một lựa chọn khác để đáp ứng mục đích này. Surfactant DRAs có thẻ giảm bớt năng lượng yêu cầu cho bơm. Sự hiệu quả phụ thuộc vào loại phụ gia được sử dung và các tht kế của hệ thống ban đầu. Sự tiết kiệm bởi DRAs tốt hơn nếu đường ống dẫn có ít các nhánh hoặc các đường ống dẫn dài hơn hoặc sé lượng các đầu nổi (ví dụ như các van, các ct.) tương đổi fe CCác thir nghiệm của lĩnh vực surfactant DRAs đã được thực hiện thành công trong các hệ thống sười ấm nội hành quy mồ lớn và đã giảm bớt đáng kế sự mắt mắt năng lượng của đồng chảy trong ống.
Các ứng dụng đại diện là ở các khu vực như Herning - Đan. Mạch, Volklingen - Đức và Prague - Cộng hoà Sốc, Các Surfactant đã được thử nghiệm trong các hệ thông làm mát nội thành tại dat học California tại Santa Barbara và tại Nhật Bản. Takeuchi otal đã áp dung sự giảm lực cản của surfactant với hệ thông, suri ấm và làm mát trung gian của toà nhà ở quảng trường thành phổ Sapporo. Sacki đã báo cáo việc sử dụng surfactant cation DRAS trong các hệ thống điều hoà thực tẾ ới việc tết kim năng lượng sử dụng bùn than lạnh.
Surfactant DRAs cũng được sit dụng để ngăn chặn sự kết tụ của các bùn than lạnh, vấn đề nay cũng đang được nghiên. Sự kết hợp của hoạt động phân tấn lạnh và sự hiệu quả của sự giảm lực cân đã cải thiện hiệu suất của các hệ thống bùn than lạnh trong các kho gia nhiệt lạnh tiên tiễn, vận chuyển và các hệ thing rao đội nhiệ. Gin đây, Sackd đã báo cáo các surfclant cation trong các hệ thống nước đã được sử dụng trong hơn 130 toà nhà ở Nhật Bản và giảm 20~ 60% năng lượng bơm. Uu điểm chính của phương pháp giảm lực cin bing hoạt chit bé mặt surfactant là các phân tử có hoạt tính b& mặt cỏ khả năng tự sửa chữa sau khi chịu ứng suất cất cao, diều ma thường xuất hign trong hoạt động của may bơm.
Vì vậy, khả năng của dung dịch surfactant bao gồm các micelle dạng sâu để giảm lực cân trong dong chủy rồi được sử dung trong các ứng dụng kỹ thuật. Rắt nhiều các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phân tir hoạt chất bŠ mặt surfactant liên kết với nhau để hình thành các micelle dang 4que, chính các micelle dang que này là yêu tổ cin thiết để sinh ra hiện tượng giảm lực cản, Hình 1.1 cho thấy cấu trúc các micelle và cấu trúc phân tử của hoạt chất bề mặt surfactant, Các surfactant hình thành các micelle dang que, vi sự kết hợp của chúng có. thể thấy trong dung địch. mee @ yd Phan tử Surfactan Micelle hinh ciu Micelle dang que Hình 1.