HWAHAK KONGHAK, Vol.16, No.4, 267-274, August, 1978
고분자 첨가물에 의한 유동마찰의 감소효과
Reduction of Turbulent Drag by Dilute Polymer Solutions
초록
난류조건에서의 유동마찰계수 감소효과에 관한 연구의 일환으로서 두 종류의 극소량의 고분자물질의 첨가에 의한 실험적 연구가 pipe flow의 경우에 관하여 시도되었다. 유동마찰 감소현상이 시작되는 벽전단응력은 관의 내경과 고분자 용액의 농도의 증가에 따라 감소하였으며 이러한 현상은 Reynolds 수의 효과로 해석되었다. 또한 일정농도 이상에서는 층류에서 난류로 전이할 때 나타나는 불규칙적인 전환현상이 관찰될 수 없었다. 유동마찰 감소효과는 동일한 관류에 대해서 용액의 농도와 유량의 증가에 따라서 증가하였고 동일한 Reynolds 수의 유체에 관해서는 관의 내경의 증가에 대하여 감소하는 경향을 보였다. 최대 유동마찰감소는 polyethylene oxide 용액에서는 88.9 %, polyacrylamide 용액에서는 84.5 %의 값에 이르렀으며 마찰감소 현상의 결과를 현상학적인 해석에 의하여 벽전단비율의 함수로 표시하면 대체로 하나의 곡선상에 놓이게 할 수 있었다. 또한 polyacrylamide가 polyethylene oxide에 비하여 퇴화에 대한 저항성이 크다는 사실을 알았으며 이 결과는 분자구조상의 차이로 해석되었다.
An experimental study was carried out on drag reduction phenomena in turbulent pipe flow. Polyethylene oxide and polyacrylamide were extensively used as the drag reducing polymer additives. The onset wall stress at which the drag reduction begins decreased as pipe diameter and additive concentrations increased, showing a Reynolds number effect. Meanwhile, the laminar-to-turbulent transition was delayed and smoothed above a certain polymer concentration. The drag reduction increased with concentration and flow rate approaching asymptotic values, and decreased with pipe diameter for the same Reynolds number flow. The maximum drag reductions obtained were 88.9 % for polyethylene oxide and 84.5 % for polyacrylamide, respectively. These results were correlated by a phenomenological analysis to yield a single band curve. In respect to polymer degradation, the polyacrylamide showed better shear stability than the polyethylene oxide and thus the former expected to have a sharper molecular weight distribution which could not be proved by available GPC's.