
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023)
137
BÀI BÁO KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ GUAR GUM ĐẾN
KHẢ NĂNG GIẢM LỰC CẢN DÒNG CHẤT LỎNG HAI PHA
Nguyễn Ngọc Minh1
Tóm tắt: Sử dụng các chất phụ gia thiên nhiên để giảm thiểu lực cản ma sát trong vận chuyển chất lỏng
bằng đường ống ngày càng phổ biến hơn. Nghiên cứu này xem xét hiệu quả của guar gum như là phụ
gia giảm lực cản trong dòng chảy của hỗn hợp dầu-nước. Trong nghiên cứu này, guar gum (GG) được
sử dụng làm chất giảm lực cản trong ống dẫn thẳng có đường kính trong là 23 mm. Nồng độ của guar
gum thay đổi từ 50 đến 250 pm trong khi tỷ lệ dầu thay đổi là 0,25, 0,50 và 0,7. Trọng lượng phân tử
của polyme cũng được xác định để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của chúng đối với tính lưu biến của chất
lỏng. Kết quả cho thấy guar gum (polyme tự nhiên) hoạt động như chất giảm lực cản trong nước máy
tốt hơn so với trong hỗn hợp dầu-nước. Cụ thể, mức giảm lực cản (DR) của các dung dịch 200 pm guar
gum ở số Reynolds 106157 trong nước máy là 42,2%, trong khi với việc bổ sung 50% thành phần dầu,
nó đã giảm xuống 21,6%. Hơn nữa, DR giảm khi hàm lượng dầu tăng lên.
Từ khóa: Giảm lực cản, guar gum, polyme sinh học.
1. GIỚI THIỆU CHUNG *
Lực cản ma sát là nguyên nhân chính gây tiêu
tán năng lượng trong hệ thống đường ống. Ma sát
này được hình thành do ứng suất cắt phát triển
giữa chất lỏng và thành ống. Trong các ngành
công nghiệp và dân dụng, các hệ thống bơm
chiếm tỷ lệ tiêu thụ năng lượng rất lớn. Do đó, các
nhà nghiên cứu đang nỗ lực (Han and Choi 2017;
Rajappan and Mckinley 2019; Seo et al. 2021) tìm
kiếm các chất thay thế cũng như bổ sung một số
vật liệu polyme nhất định vào dòng chất lỏng vận
chuyển để giảm lực cản ma sát, từ đó giảm công
suất yêu cầu của bơm trong quá trình ứng dụng
thực địa. Giảm lực cản (Drag reduction - DR) lần
đầu tiên được phát hiện bởi Toms năm 1949, ông
đã quan sát thấy lực cản dòng chảy giảm đáng kể
khi thêm một vài phần triệu (ppm)
polymethylmethacrylate vào dung dịch
monochlorobenzene (Toms 1948). Các phụ gia sử
dụng làm chất giảm lực cản có thể kể đến như
polyme, các chất có hoạt tính bề mặt surfactant,
các thể lơ lửng dạng sợi và các polyme có nguồn
gốc thiên nhiên hoặc polyme sinh học. Cơ chế
tương tác chính xác của vật liệu với chất lỏng
1 Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi
mang lại sự giảm lực cản vẫn đang được nghiên
cứu và tranh luận mặc dù đã tiến hành nhiều thí
nghiệm (Anh Tuan and Mizunuma 2013; Liu and
Pine 1996; Myska, Zakin, and Chara 1995).
Lumley (Lumley 1969) tin rằng DR được gây ra
bởi sự kéo dài của chuỗi polyme. Ở đây, khi chuỗi
polyme cuộn ngẫu nhiên bị kéo dài, độ nhớt hiệu
quả tăng, do đó làm giảm ma sát thành tường và
tăng kích thước của lớp nhớt dẫn đến DR quan sát
được. Virk (Virk and Wagger 1990) tin rằng sự
tiếp xúc của dung dịch polyme với dòng chảy rối
gây ra DR. Ông cũng đưa ra rằng việc tăng năng
lượng cực đại của dòng chảy bên trong có thể ảnh
hưởng đến DR. Hiện nay, nhiều nghiên cứu cho
rằng khi polyme dãn, sự thay đổi hướng của hiệu
ứng nhớt gây ra những thay đổi cấu trúc rối dẫn
đến hiện tượng giảm lực cản (Boltenhagen et al.
1997; Liu and Pine 1996).
Người ta đã chứng minh rằng các chất phụ gia
polyme tự nhiên có khả năng chống phân hủy
tương đương với các chất phụ gia tổng hợp của
chúng (Gimba 2020). Savins đã chứng minh rằng
nhiều loại gôm tự nhiên (Natural Gum) như guar
gum, đậu cào (locust bean), tuyết yến (tragacanth
gum), mủ trôm (karaya gum) và đậu bắp (okra
mucilage) thể hiện hoạt động giảm lực cản trong