水作為牛頓流體與非牛頓流體聚丙烯酰胺溶液性質較為不同，實驗首先對不同溫度 的水進行流動實驗。 如圖4.1所示，對雷諾數(shù)和摩擦系數(shù)取雙對數(shù)坐標，四種溫度的水在流過多孔介質 后，其對應的雷諾數(shù)和摩擦系數(shù)關系曲線是相似的，在雷諾數(shù)Red較小范圍內0~1000 時，摩擦系數(shù)/隨著雷諾數(shù)Red的增大呈現(xiàn)近似線性的降低趨勢，符合Darcy定律，粘 性力起主要作用；當雷諾數(shù)Red大于1000之后，摩擦系數(shù)/減小的趨勢變緩，雷諾數(shù) Red繼續(xù)增大，摩擦系數(shù)/基本不再變化趨于平穩(wěn)。從圖中可以看出，在摩擦系數(shù)/下降 劇烈的區(qū)域，雷諾數(shù)Red相同時，水的溫度越高其對應的摩擦系數(shù)也越高，這是因為溫 度升高水的動力粘度降低，同樣流速下，雷諾數(shù)增大。 從第二章PAM水溶液的流變實驗可以得知，溫度對PAM水溶液表觀粘度的影響 不是特別大，圖4.2是濃度為0.5g/L聚丙烯酰胺水溶液在多孔介質中雷諾數(shù)與摩擦系數(shù) 的關系曲線。 同樣取雙對數(shù)坐標，從圖4.2可以看出0.5g/L聚丙烯酰胺水溶液雷諾數(shù)與摩擦系數(shù) 的關系趨勢與水相似，不同溫度下的PAM溶液，摩擦系數(shù)都隨著雷諾數(shù)的增大而減小。 在雷諾數(shù)Red小于100之前，隨著雷諾數(shù)的增大摩擦系數(shù)呈線性降低，屬于Darcy流動 區(qū)域，雷諾數(shù)大于100之后，摩擦系數(shù)減小的幅度變小，屬于過渡流動區(qū)域。從圖4.2 中比較發(fā)現(xiàn)，在Darcy流動區(qū)域，同樣的摩擦系數(shù)，溫度越低的PAM溶液的雷諾數(shù)就 越小，20°C和30°C的水溶液雷諾數(shù)要比404C和50°CPAM溶液的低。因為聚合物高分子 運動具有溫度依賴性，溫度升高后縮短了聚合物溶液的松弛時間，溶液中大分子之間的 熱運動增強，分子之間的距離加大，分子間的作用力減弱，纏繞程度降低，表觀粘度降 低，導致溶液在多孔介質內的流動阻力降低，表現(xiàn)結果就導致摩擦阻力系數(shù)降低，雷諾 數(shù)升高。隨著溫度的升高會加速PAM水溶液水解的速度，水解會使聚合物分子結構即 構象發(fā)生變化，粘度降低，流動阻力也會下降。 圖4.3是質量濃度為1.5g/LPAM溶液在20°C、30°C、40°C、50°C四種溫度下雷諾 數(shù)和摩擦系數(shù)的關系曲線，相較于〇.5g/L PAM溶液溫度對摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的影響較 小，在Darcy流動區(qū)域，由于溫度升高，引起的摩擦系數(shù)的降低幅度變小。雷諾數(shù)大于 10之后進入過渡區(qū)，溫度對摩擦系數(shù)的影響幾乎消失，這是因為雷諾數(shù)增大，流速增加， 慣性力逐漸代替粘性力成為主要影響因素。 4. 1.2不同濃度下雷諾數(shù)與摩擦系數(shù)的關系 流動實驗所用樣品質量濃度為〇.5g/L, 1.0g/L，1.5g/L，2.0g/L四種濃度，濃度對 PAM溶液粘度的影響較大，同樣剪切速率下濃度越高表觀粘度越大，圖4.4, 4.5是溶 液入口溫度分別保持在30°C和50°C時，四種濃度PAM溶液的雷諾數(shù)與摩擦系數(shù)的關系。 對雷諾數(shù)和摩擦系數(shù)分別取雙對數(shù)后，從圖4.4可以看出在30°C時，濃度較高的如 1.0g/L，1.5g/L和2.0g/L的PAM溶液的在低雷諾數(shù)區(qū)域線性較好，摩擦系數(shù)隨著雷諾 數(shù)的增大而降低，屬于Darcy流動區(qū)域。質量濃度較低的0.5g/LPAM溶液線性不是很 好，但是整體趨勢和高濃度溶液是一致的，主要因為低濃度水溶液在流經多孔介質的過 程中穩(wěn)定性要差一些。 隨著溶液濃度的減小，雷諾數(shù)與摩擦系數(shù)關系曲線從左到右依 次排列，雷諾數(shù)較低時，摩擦系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增大而線性降低。〇.5g/L，l.Og/L，1.5g/L 和2.0g/L四種濃度PAM溶液在50°C時的冪律指數(shù)《值分別是0.8065, 0.5635, 0.4817, 0. 3818,非牛頓性依次增加。非牛頓性越強的冪律流體，由于在流經多孔介質時受到剪 切作用更大，分子間的擬網結構破損情況嚴重，來不及重建；流動阻力增大，在低雷諾 數(shù)就能達到較大的摩擦系數(shù)。低濃度溶液和高濃度溶液的曲線差別明顯，濃度為〇.5g/L 的PAM溶液在雷諾數(shù)大于160之后進入過渡區(qū)；而濃度1.0g/L的PAM溶液在雷諾數(shù) 大于20之后進入過渡區(qū)，摩擦系數(shù)降幅減小，實驗結果表明濃度越高非牛頓性越強的 PAM溶液從Darcy流動區(qū)域轉變?yōu)檫^渡區(qū)域的臨界雷諾數(shù)越?。怀^臨界雷諾數(shù)之后， 雷諾數(shù)繼續(xù)增大，逐步進入過渡區(qū)，慣性流區(qū)域，非牛頓性對流動的影響大大減弱，不 同濃度聚合物溶液的摩擦系數(shù)值將趨于一致。 4.2.3流動實驗結論 (1) 低雷諾數(shù)區(qū)域，在雙對數(shù)坐標系中隨著雷諾數(shù)升高，摩擦系數(shù)呈線性下降的趨 勢；隨著雷諾數(shù)的持續(xù)升高，摩擦系數(shù)降幅減小，趨于平穩(wěn)。 (2) —定濃度的PAM溶液，雷諾數(shù)Red相同時，溫度越高其對應的摩擦系數(shù)也越高。 (3) 溫度不變，濃度越高，非牛頓性越強的PAM溶液從Darcy流動區(qū)域轉變?yōu)檫^渡 區(qū)域的所需的臨界廣義雷諾數(shù)越小。