输气管道壁面涂料减阻机理的实验研究

　　l引言

　　壁湍流是指流体(气体、液体)在流动过程中，在距离固体壁面附近的区域内由于流动不稳定性的作用发展而成的平均速度随空间径向(法向)坐标变化很快(梯度很大)而瞬时流动又极端混乱的流体流动状态，它是广泛存在于自然界和工程技术中的典型流动状态，同时由于流动结构的极端复杂性，它也是流体力学和工程技术中一个尚未解决的难题.

　　壁湍流在管道中虽然只有径向很薄的一层区域，但管道输运中有很多问题都与壁湍流中流动结构的产生、演化、发展、相互作用密切相关.它一方面可以使壁面摩擦阻力大幅度增加，使管道输运的能耗加剧、管道输运的效率下降、管道壁面磨损严重，降低管道使用寿命;另一方面还可以使管道压力波动加剧，幅值提高，随机性增加，管线振颤加剧，降低管道流动稳定性，从而对管道输运系统的安全和可靠性构成严重威胁.

　　因此，从机理上分析壁湍流层中的流动结构及其形成原因，进而提出控制壁湍流的有效方法，不仅是湍流基础研究的前沿课题，而且也是工程技术中鱼待解决的重要问题.而控制壁湍流的主要目的之一就是减小壁面摩擦阻力，降低管道运输能源消耗，提高管线输运效率，延长管道使用寿命，提高管道输运系统运行的安全性、稳定性和可靠性.

　　湍流边界层中近壁区域缓冲层混乱的流动现象和复杂的结构是壁面摩擦阻力大幅度增加、管道输运的能耗加剧的关键原因，其中低速条纹结构的拟周期碎发现象是其物理基础.美国斯坦福大学的Klinell]对湍流近壁区流动结构进行全面细致的观测工作，发现低速条纹的抬升在外区形成高剪切层，使低速条纹发生振荡，然后低速流体向外区喷射、使条纹结构破碎，接着一股来自外区的高速流体冲入内区，使由条纹破碎引起的紊乱流动变得比较平稳.并将这一系列的过程称为相干结构的粹发.

　　相干结构的发现是湍流研究中的一次重大突破，极大地改变了对湍流本质的传统认识，标志着对湍流本质的认识从完全无序的阶段进入了无序中的有序的新阶段.现在已经公认，相干结构是湍流中的重要结构，对湍流中动量、能量和质量的输运，以及对湍流的产生、维持、演化和发展都起着重要作用.相干结构的理论和实验研究，为认识湍流的本质并最终达到控制湍流的目的开辟了新的途径.壁湍流在管道输运中引起的最严重的问题就是壁面摩擦阻力大幅度增加，使管道输运的能耗加剧，管道输运的效率下降，管道壁面磨损严重，降低管道使用寿命，对管道输运系统的安全和可靠性构成严重威胁.特别是在石油和天然气的输运过程中，这个问题尤为突出.