减阻现象的发现和技术发展
井下钻柱震动减阻理论与技术发展现状
井下钻柱震动减阻理论与技术发展现状随着我国开采水平的提升，水平井、大斜度井已经被广泛的应用在开采过程当中，钻柱与井壁之间，由于摩擦阻力会大，会产生拖压的现象，偶尔会产生无法施加转速，影响机械转速，甚至造成井下事故的现象。
所以井下钻柱震动减阻理论的发展以及技术的革新会朝着减少转矩与井壁之间的摩擦阻力为方向进行发展。
基于此，下文从井下钻柱震动减阻理论的现状分析入手，为其技术发展提供几点思考。
标签：钻柱震动;减阻理论;技术;现状模组问题目前是各种复杂的钻井作业中最为凸显的一种问题，它尤其是体现在滑动的钻井过程当中会造成脱粘、粘阻非常严重，而且模组和大扭矩的存在会使得钻柱发生曲转，无法传递到钻头，延伸自动停止，钻井工作很难推进下去，甚至会出现一些安全事故。
所以在一定程度上，井下模组产生的原因是多元的，而且它带来的危害是极大的。
而对钻柱震动减阻理论进行研究，无疑是为提高更好的钻柱技术水平服务的，它对开采技术的革新有一定的推动作用。
1.井下钻柱震动减阻理论的研究现状1.1钻柱震动减阻原理钻柱震动减阻，主要是靠震动工具引起钻柱的震动，从而改变柱受力的情况而改变摩擦力的类型，将静摩擦力改为动摩擦力的过程，使动摩擦的系数小于静摩擦的系数，会在一定程度上减少钻柱所受到的阻力，从而提高震压的传递效率，也就是提高了钻柱的速度，进而为井眼长度延伸做了准备。
钻柱震动可以通过改变中受力的状态，可以通過叠加的原理，使钻柱所受到的震动叠加到钻柱入井的速度当中，即改变注入井的平均速度。
假设震动的变化是按正弦曲线的变化规律为基准的，就会得出一个钻柱入井的速度和震动幅度值之间的一个函数关系。
结合函数关系就可以推断出，钻柱弹性作用的运动方向、周期与震动部分的分量是相反的，它可以有效的将摩擦阻力减少。
例如通过计算发现，如果入口的速度值达到1/2的时候摩擦力几乎减少为原来的70%左右。
通过这个原理就可以建立起入口速度和摩擦力之间的关系。
这也是，钻柱震动减阻研究的原始形式，它是假设摩擦力和运动速度无关的基础之上的。
流体减阻措施
流体减阻措施概述流体减阻是指通过采取一系列措施，减少流体在运动过程中所受到的阻力，以提高流体运动的效率和节约能源。
在工程领域中，流体减阻被广泛应用于水力学、空气动力学等领域，以减少流体运动过程中的能量损失，提高系统的运行效率。
本文将介绍一些常见的流体减阻措施。
流体减阻措施1. 表面光滑处理表面光滑处理是降低流体阻力的一种有效手段。
通常情况下，物体的表面都存在微观的不规则凹凸，这些不规则凹凸将会导致流体在物体表面附近产生摩擦，增加阻力损失。
因此，通过表面光滑处理，消除或减小表面的不规则凹凸，可以有效降低摩擦阻力，实现流体的减阻。
2. 管道内壁处理在液体或气体管道中，管道内壁的光滑程度对于流体阻力的大小有着重要影响。
通常情况下，管道内壁存在着一些不规则的凹凸，这将导致流体在管道中摩擦阻力的增加。
因此，通过对管道内壁进行光滑处理，可以减小摩擦阻力，降低流体的流动阻力。
3. 湍流控制湍流是指流体在运动过程中出现的一种不规则的流动状态，具有能量损失大、阻力大的特点。
在流体运动中，湍流的出现是导致能量损失的重要原因之一。
因此，通过采取湍流控制措施，可以有效降低流体运动过程中的阻力，提高系统的运行效率。
常见的湍流控制手段包括加装障碍物、采用流道变形、改变流场结构等。
4. 翼型设计优化在航空航天和汽车工程领域，翼型设计的优化可以有效降低流体运动中的阻力。
通过对翼型的几何形状、曲线等参数进行调整和优化，可以使流体在翼型表面的流动更加顺畅，减小阻力损失。
翼型设计优化的常用手段包括改变翼型的横截面形状、增加翼型的升力系数等。
5. 涡流控制涡流控制是一种有效的流体减阻手段。
涡流是流体在一定条件下形成的一种漩涡或旋涡结构，通过控制或改变涡流的产生和演化过程，可以有效减小流体运动中的阻力。
涡流控制的常见手段包括增加涡流发生体积、改变涡流的结构和运动方式等。
结论流体减阻措施是通过采取一系列技术手段和方法，减少流体在运动过程中所受到的阻力，提高系统的运行效率和节约能源。
船舶设计中的减阻技术探索
船舶设计中的减阻技术探索船舶设计中的减阻技术一直是船舶工程领域的重要研究方向。
减阻技术的研究目标是通过优化船舶形状和采用先进的流体力学原理，减少水与船舶表面的摩擦力和阻力，从而提高船舶的速度和燃油效率。
在本文中，我们将探讨几种常见的船舶减阻技术，并介绍其在船舶设计中的应用。
一、船体光滑化技术船体光滑化技术是船舶设计中常用的减阻技术之一。
通过减少水在船体表面的摩擦力，可以降低整个船体的阻力。
为实现船体光滑化，船体表面的涂层选择十分重要。
常见的涂层材料包括聚硅酮、聚乙烯蜡和氟碳聚合物等。
这些材料可以减少水与船体表面间的粘附力，从而减少阻力。
此外，船体表面的规则性也对光滑化起重要作用。
船体表面要保持光滑而均匀，避免凹凸不平或尖锐的边缘，以减少湍流的生成，进一步减小阻力。
二、船舶涡流阻力的控制涡流是船舶运动中产生的一种湍流现象，会增加船舶的阻力。
为减小涡流产生的阻力，可以采用不同的控制手段。
例如，通过安装纵向和横向舵，可以改变水流在船体周围的流动，减小涡流的生成。
此外，通过优化船舶的造型，可以改变水流在船体周围的流动方式，从而减小涡流的阻力。
例如，采用螺旋线状船体设计，可以减小船体后部产生的涡流，减小阻力。
三、船舶尾迹阻力的降低船舶尾迹阻力是船舶设计中一个重要的减阻问题。
尾迹阻力主要由舵的操作和推进器的涡流产生。
为降低尾迹阻力，可以采用下述措施。
首先，船舶的舵设计应合理，以减小舵运动时产生的湍流。
其次，选择合适的推进器形式和安装位置，以减小推进器产生的涡流。
例如，采用推进器罩、推进器扩散器等减阻装置，可以有效降低尾迹阻力。
此外，合理设计舵的位置和舵叶角度，能够减小舵在操纵过程中产生的涡流和阻力。
四、船舶耐浪性能的提高船舶在恶劣海况中航行时，往往会受到波浪的影响，增加船舶的阻力和耗能。
为提高船舶在浪大的海况中的耐浪性能，可以采用一系列减阻措施。
例如，内置稳定装置可以提高船舶的稳定性，减少船体与波浪的接触，降低阻力。
超疏水减阻的研究进展
超疏水减阻的研究进展摘要：超疏水表面在工农业生产和日常生活中具有广阔的应用前景。
本文主要回顾了超疏水表面的主要基本理论及其在减阻中的应用。
关键词：静态接触角；接触角滞后；滚动角；减阻1.引言近年来，超疏水表面引起了广泛的关注，它在工农业生产和人们的日常生活中具有极其广阔的应用前景。
追踪到20世纪30年代，有关减小阻力的研究就出现了，但最开始的研究工作集中在减小表面粗糙度。
减阻结构的设计和机理一直受到人们的关注。
在适应和自然选择长期进化的过程中，生物体已形成各种功能特征。
进一步加深对减阻的认识，特别是降低水下运动物体的阻力，对仿生学的研究起到了推动作用其中特别重要的启示来自对海豚和鲨鱼皮肤的研究。
本文主要回顾了超疏水表面的基本理论及其在减阻中的应用。
2.超疏水表面相关理论表征固体表面的润湿特性是超疏水材料研究中的重要课题[1]。
目前，研究人员已经开发了多种方法来表征表面润湿性，例如，静态接触角、接触角滞后、滚动角等。
2.1静态接触角将少量液体滴加到固体表面，液体可以形成液滴。
在达到平衡时，固体表面上的某个液滴将保持一定的液滴形状，如图1所示。
接触角是气-液-固三相边界线上任意点O处液体的表面张力?gl与液-固界面张力?ls之间的夹角，由?表示。
当固体表面与水的接触角为（?）0°<??90°时，表面称为亲水表面；当90°<?<180°时，该表面称为疏水表面；超疏水表面是指具有接近或大于150°的接触角的表面，并且考虑到接触角滞后和滚动角，可以进一步对超疏水表面进行分类。
滚动角小于10°的超疏水表面可称为自清洁表面。
图1静态接触角示意图液滴在固体表面上保持一定的形状，这是在三相边界线上的任何点处的三个界面张力的合力的结果，也就是说，固体表面上的水滴的形状受到表面张力的影响，并且还受到液滴本身的重力的影响。
因此，在进行接触角测量时，应使用相同体积的液滴。
飞行器主要减阻措施机理及其应用效果-力学论文-物理论文
飞行器主要减阻措施机理及其应用效果-力学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：针对阻力过大给飞行器带来的设计难度和使用成本问题，调研了当前主要减阻措施及其应用效果。
结果表明，在减小激波阻力方面，主要将强激波变成弱激波系，或者优化压力分布，使总压差阻力最小；在减小摩擦阻力方面，在层流区通过维持最大表面积的顺压梯度延迟转捩，而在湍流区通过改变表面几何形态或者在流体中添加大分子物质，减弱湍流强度，为低阻力气动外形设计方法的建立和发展提供了参考。
关键词：减阻; 激波阻力; 摩擦阻力; 等离子体; 零质量射流; 吹吸气; 鼓包; 多孔压力腔; 涡流发生器; 涂层减阻;Abstract：For the excessive drag problem which usually enlarges the design difficulty and cost of use, the flow mechanism effectiveness of drag reduction techniques has been investigated and analyzed, as well as its current effectiveness. The result shows that, the active and passive flow control techniques access the shock drag reduction though wakening the an strong shock to multi-wake shocks or reconstructing the an optimal pressure distribution, and access the fraction drag reduction by enlarging of the laminar region by favorable pressure gradient on laminar flow region and decreasing the strength of turbulence by changing the solid wall micro scale construction or adding large scale molecule to boundary. The flow mechanism can provide references for low drag aerodynamic design method construction.Keyword：drag reduction; shock wave drag; friction drag; plasma; zero-mass flux jet; push-pull airflow; bump; poros pressure chamber; vortex generator; coating drag reduction;1、引言减阻一直是航空航天领域关注的焦点，定型、批产、运营装备的各类航空运输飞机、战斗机、高空飞艇以及导弹的外形，一般都是当时技术能力下能达到阻力最小外形，飞行器的更新换代都会尽量吸收减阻技术的新成果，对外形进行持续的优化改进。
减阻剂研究概述
人工智能、大数据等智能化技术有望在减阻剂性 能预测、优化设计等方面发挥重要作用，提高研 究效率和应用水平。
06
结论与建议
研究成果总结
01
减阻剂能有效降低流体在管道中的摩擦阻力，提高流体的输送效率。
02
不同类型的减阻剂在不同流体和管道条件下具有不同的减阻效果，需 要根据实际情况进行选择。
复合型减阻剂
将不同类型减阻剂进行复合，发挥各自优势，提高综 合减阻效果。
03
减阻机理与方法
边界层控制理论
边界层概念
在流体与固体壁面之间形成的薄层，其中流体速度从零逐渐增加 到主流速度。
边界层分离
当边界层内的流体受到逆压梯度作用时，流体会从壁面分离，形成 涡旋和阻力。
减阻方法
通过改变边界层内的流动状态，如增加壁面粗糙度、引入吹气或吸 气等方式，可以延缓边界层分离，从而降低阻力。
数值模拟精度有待提高
数值模拟方法虽然具有成本低、周期短等优点，但目前数值模拟精度仍有待提高，特别 是对于复杂流动和新型减阻剂的模拟预测。
未来发展趋势预测
1 2 3
新型减阻剂研发
随着材料科学和纳米技术的发展，未来有望研发 出性能更优、环境友好的新型减阻剂。
多学科交叉融合
减阻剂研究涉及流体力学、化学、材料科学等多 个学科领域，未来多学科交叉融合将成为推动减 阻剂研究发展的重要趋势。
表面活性剂减阻剂
界面活性
01
表面活性剂能降低流体与固体壁面间的界面张力，减少流动阻
力，提高流体的流动性。
吸附作用
02
表面活性剂在固体壁面上形成吸附层，改变壁面润湿性，降低
摩擦阻力。
泡沫与乳状液
03
部分表面活性剂可形成泡沫或乳状液，进一步降低流动阻力。
船用气泡减阻技术发展
船用气泡减阻技术发展船用气泡减阻技术发展早在十九世纪30年代俄国和瑞典科学家就提出设想：在运动船舶的船体外表面和水之间，引入空气和排气形成气幕，可以大幅减少运动船舶总阻力。
然而，这一设计思想在工程技术实践中却并不容易实现。
因此，目前真正用于实船的仅为俄罗斯等极少数国家。
气泡船（air cavity craft）也有称作空气润滑船（air-lubricated-hull craft）或气浮船（air ride express）的，它是高性能船型中的一种。
其工作原理是把空气引入船底，在船底表面形成气水混合的两相流，从降低液体粘性系数的角度来减小艇体的摩擦阻力，达到高速航运的目的。
1949年底，瑞典哥德堡船模试验池的Edstrand提出了气膜减阻原理，但由于空气会自由地飘离船体表面，无法形成气膜，试验没有取得成功。
60年代后，各国对怎样锁定气膜进行了深入研究，基本上形成了两种思路。
第一种思路是在平底船上开设一个凹进船底的平面，四周用板材围起来，在船底凹面内通以压缩空气，使大部分气体封存在船底，当然难免还有一小部分气体随船体的移动从船底边缘逃逸出去。
这类技术主要应用在低速运输船上，如驳船、货船和大型油船。
在我国黑龙江水运科学研究所研究的垫气驳就属于这一类，并于1982年在黑龙江航运的驳船上应用成功。
在正常运营航速（Vs=9km/h）下，阻力可比原船型减小30%，而消耗在压缩空气上的功率只占总功率的3%，节能效果十分显著。
第二种思路是将船底下的一层薄薄的气膜扩展成一个增压气室，最终将演变成侧壁式气垫船，成为另一类高性能船型。
80年代以来，前苏联、法国、美国、澳大利亚、荷兰等国把气幕减阻技术拓展到高速船上，建造了实艇并投入航运。
英国、日本、韩国等也相继开展了研究设计工作，但未见到实船下水的报导。
气幕减阻技术进入90年代，尤以俄罗斯的研究设计工作最为突出，他们将其作为继水翼艇之后的新一代高性能船型走俏国际航运市场。
超空泡减阻技术简介详解
超空泡技术概述
当航行体与水之间发生高速相对运动时，航行体表面附近 的水因低压而发生相变，形成覆盖航行体大部分或全部 表面的超空泡。形成超空泡之后，航行体将在气体中航 行，由于航行体在水中的摩擦阻力约为在空气中摩擦阻 力的850倍，因此，超空泡技术的应用可以使水下航行体 的摩擦阻力大幅减小，从而使鱼雷等大尺度水下航行体 的速度提高到100M/S的量级，使水下射弹等小尺度水下 航行体的航速提高到1000M/S的量级
自然超空泡与通气超空泡区别
需要指出的是虽然通气空泡由超空泡、附着空泡到游移空泡的溃灭 过程与生成过程类似，但是两者并非可逆的，溃灭过程与生成过 程相比存在滞后效应。如上所述，当局部空泡转变为超空泡时存 在某一临界空泡数，与之相对应存在某一临界通气量。所谓滞后 效应是指生成过程中形成超空泡所需的临界通气量大于溃灭过程 中超空泡消失时的临界通气量。滞后效应的形成原因可能与通气 超空泡产生的自激振有关。
现有的减阻技术
• 脊装表面减阻 起源于仿生学对鲨鱼等鱼类表皮的研究，通过在研究对象外表 面加工具有一定形状尺寸的脊状结构，就能达到很好的减阻效 果。根据脊状结构的分布规律与流体流速方向的不同，该减阻 方法又可分为随性波表面减阻和沟槽表面减阻。 • 微气泡减阻 微气泡减阻是通过某种方式在壁面形成一层薄的微气泡与流体 的混合层，改变边界层的内部结构，亦即改变近壁区流体流动 的运动学和动力学特性，达到降低摩擦阻力的目的。 • 复合材料减阻 当流体流经疏水表面时产生了壁面滑移，使得边界面上的速度 梯度减小，从而减小了边界上的剪切力；由于边界面上的速度 梯度减小，推迟了层流附着面流态的转变，使得附着面的层流 流态更加稳定，也使得层流边界层的厚度增加；同时疏水表面 微凸柱间的流体剖面形状证实了确实存在无剪切空气-水面。
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减阻现象的发现和技术发展
在流体中加入少量高分子聚合物，能在湍流状态下降低流动阻力，这种现象称为高聚物减阻，加入其中用于降低流体流动阻力的化学添加剂称为减阻剂(drag reduction agent)，简称DRA。
减阻剂是一种
分子量大于百万以上的线性结构的柔性高分子聚合物，在流体中加入了少量这样的聚合物，就会使输量增加，阻力减少。
运用添加减阻剂的方法进行流体减阻是众多减阻技术种类中应用最多的方法。
高聚物的湍流减阻是非牛顿流动所有异常现象中具有技术经济
及科学意义的现象之一。
对高聚物减阻的研究，有很高的经济价值，对国民经济和国防建设有着重要的作用。
在工业部门大量应用的管道系统中，减小摩阻，就可以大大降低运行动力的消耗。
在管道输送原油和成品油的应用，减少长输送管道的中间泵站，缩短码头的卸油时间，提高工作效率。
至今，减阻现象的研究已成为一门涉及到流体力学、流变学、高分子化学和高分子溶液的新的边缘学科，减阻现象在工程中的应用也形成一门独特的综合性工程科学。
经过近30年的研究与应用实践，美国的ARCO石油公司、德国的BASF公司等都相继开发出了性能更好、成本更低的减阻剂，减阻应用技术也得到相应的发展。
这些，都促使世界上许多原油、成品油管道采用这一技术以提高现有管道得输送能力，并且取得了可观的经济效益。
例如，中东地区一条直径为1000nma的原油输送管道，最大输量
为12．4万m3／d。
油田产量增加后，需要扩大管道输送能力。
经过进行修建复线和
采取加减阻剂两种增输方案的经济论证后，决定并采用了注入减阻剂减小管道摩阻压降，同时更换大排量离心输油泵的方法，在保证管输压力不大于管道最大工作压力的前提下，成功地使管道输量从12．4万m3／d增加到15．9万m3／d。
美国墨西哥海湾一条直径为250ram的海底原油管道。
在加入减阻剂后，使管道最大输量从6000万m3／d增加到8500万m3／d，取得极大的经济效益。
1980年初，浙江大学开始研制用于油品中的油溶性减阻剂，并于1984年合成出采用乙烯——丙烯共聚而成的高分子聚合物。
这种减阻剂在实验室条件下，在煤油中的减阻效果达到了30％。
同年，石油天然气管道科学研究院与成都科技大学合作，研制出主要成份为聚甲基丙烯酸高级酯的减阻剂，减阻效果达31％。
1985年，浙江大学又研制出采用烯烃与乙烯共聚反应而成的另一类型减阻剂，减阻效果又有所提高。
但以上成果都局限于室内小试合成的结果。
为了能达到工业应用，进行了中试放大的工作，但由于原料提纯，聚合过程中的一些工艺问题，加之缺乏工程应用背景，中试没有达到预定结果。
减阻剂是一种减少液体管道内摩阻损失的化学制品，是高分子聚合物，属碳氢化合物。
早在1944年，美国麻省理工学院就研究了能够减阻的物质。
1947年美国海军研究院开始进一步的发展研究。
在60年代后期，美国的生产厂家己开始对减阻剂进行研制生产。
1979年美国Conoco公司生产的CDR减阻剂开始应用在横贯阿拉斯加的原油管道上。
自80年代初以来，在世界范围内，海上、陆上有几百条输油管道都陆续应用了减阻剂。
我国在80年代中期也在原油管道上进行过加减阻剂的试验。
当时，中国石油天然气管道局在铁岭至大连、东营至黄岛两条油管道上进行CDR减阻的Conoeo CDR系列减阻剂。
CDR减阻剂是一种由6—20碳原子
的烯烃单体聚合而成的高分子聚合物，分子量可达100×104～4000
× 104以上。
分子量越大，主链越长，减阻效果越好。
新合成出的CDR 减阻剂是一种粘稠液体，使用很不方便，工业上使用的是用10．3％CDR(纯剂)和89．7％煤油稀释成的商品减阻剂。
新一代减阻剂的性能及特点CDR是一种流体，是以水为介质的乳白色奖状烃类聚合物【11。
它的粘性很低，使用十分容易。
其密度为970kg ／m3，活性组分拼料是一种聚烯烃，对炼制工艺无负面影响。
聚合物的热降解大约在温度288℃时开始。
已降解的低聚物沉聚在渣油、瓦
斯油、馏出物及少量煤油中；油溶性的、非活性拼料将在482之前被
分解溶入柴油和较重油品中，其中水和水溶性成分被脱盐设备除掉。