Viscosity Measurements of Ethylene Glycol Solution with Flow Drag Reduction Additives
流動抵抗低減剤添加エチレングリコール水溶液の粘度測定

Naoto Haruki, Hideo Inaba, Akihiko Horibe, Shinji Tanaka
2005 Netsu Bussei  
現在,低温用の2次冷媒として使用されている有機系ブラインに対して流動抵抗低減効果を適用し た搬送エネルギーの削減技術が注目されている.しかしながら,流動抵抗低減剤である界面活性剤が 添加された有機系ブラインの粘度は非ニュートン特性や SIS(Shear Induced State)状態などの特異な 粘度を示すため,実用化のためには,粘度の把握が必要不可欠である.本研究では,回転式レオメー ターによって界面活性剤添加有機系ブラインの粘度測定を行ってその特異な粘度を明らかにし,さら に,実用化を想定した流動抵抗および熱伝達実験に対して適用可能な粘度の無次元整理法の検討を行 い,流動抵抗および熱伝達実験結果への実際の適用結果を示した. This paper has dealt with the viscous characteristics of ethylene glycol (EG) solution with flow drag reduction additive. In this study, oleyldihydoroxyetylamineoxide (ODEAO) was
more » ... oxide (ODEAO) was used as the flow drag reduction additive, and aqueous solution of EG was used as a secondary refrigerant. The viscosity of EG solution with ODEAO was measured with a rotary rheometer. The experimental parameters of viscosity measurement were temperature of the ODEAO brine, the ODEAO concentration and the EG concentration. From the experimental results, the apparent viscosity of EG solution with ODEAO showed SIS (= the shear induced state). Therefore, the non-linear dependence of shear stress on shear rate was well approximated by the Power-law model under the high shear condition, and pseudoplastic viscosity and index number in each experimental parameter were estimated. And the non-dimensional analysis for flow drag and heat transfer reduction effect of EG solution with ODEAO has been investigated by using this approximation. [Keywords: Flow drag reduction effect, Surfactant, Apparent viscosity, Secondary refrigerant] l.序 論 現在,地域熱供給システム等の熱エネルギー輸送におい て,熱輸送媒体に流動抵抗低減剤を添加することによって 得られる流動抵抗低減効果による効率的な熱エネルギー輸 送技術が注目されている[1,2].流動抵抗低減効果とは,流 動抵抗低減剤である界面活性剤や鎖状高分子を熱媒体液に 添加した場合,界面活性剤が熱媒体液中で形成する棒状ミ セル塊や鎖状高分子自身の変形・ねじれ作用によって,熱 媒体液の乱流領域における乱流渦の発生や発達を抑制する ことで発生するもの[3]であり,熱エネルギー輸送にこの低 減効果を適用した場合,搬送時のポンプ動力の削減による 単位エネルギーあたりの輸送熱量の増加や,流動抵抗低減 に伴う熱伝達率の低減効果により,配管壁からの熱損失が 低下するなどの様々な省エネルギー効果も得ることが可能 [4]である.特に,界面活性剤水溶液には,高速流動時の高 せん断応力負荷によって分断された棒状ミセル塊が低せん 断応力負荷時に再び形成される再生機能を有し,熱輸送系 のような閉ループ循環系への使用に適しているため,これ までに多くの研究者によって様々な研究が行われてきた. その結果,界面活性剤添加水溶液の粘度挙動の解析[5]や流 動抵抗低減効果発生時の乱流構造の解明[6],複雑な形状の 配管における流動特性[7],さらに熱伝達の低下に伴う熱交 換機の性能低下の防止方法[8]等が明らかとなっている. 一方,化学工業や食品工場等において冷却用に用いられ る冷熱輸送系では, 0℃以下の冷熱を利用するために, 通常, エチレングリコールやプロピレングリコール水溶液等の有 機系ブラインや塩化カルシウム等の無機系ブラインが使用 されている.しかしながら,これらのブラインは水よりも 粘度が大きく,冷熱輸送時でのポンプ動力の増加が避けら れない.このため,ブラインへの界面活性剤等の添加によ って,ブライン輸送系に対して流動抵抗低減効果を適用す ることが期待されている. * 岡山大学工学部機械工学科,〒700-8530 岡山市津島中 3-1-1.
doi:10.2963/jjtp.19.67 fatcat:6h3hugxypjarnbcbfred37j4fq