幂律流体在螺旋管内的流动特性分析

能源开采利用过程中所涉及的流体绝大多数为非牛顿幂律流体,分析幂律流体在螺旋管内的流动特性,可为工业生产提供理论参考。文章选取6种尺寸螺旋管模型,以幂律流体黄原胶溶液为介质,对绝热边界条件下管内流动特性进行数值模拟,对比分析不同工况下沿程阻力系数λ的变化趋势,探讨多个因素对流动特性的影响规律。结果表明:螺旋管内流体层流流动时,λ随雷诺数增加而减小,其减小的趋势随着雷诺数增加逐渐趋于平缓;螺旋管内流体湍流流动时,λ随相对粗糙度增加而增加,在相对粗糙度较小时,λ值先随雷诺数增加而减小,后随雷诺数增加而增加;相较于无量纲螺距,螺旋管曲率变化对流动阻力的影响更明显;矩形截面螺旋管道中,幂律流体层流、湍流流动所产生的λ均远大于当量直径相同的圆形截面螺旋管道。