水作为牛顿流体与非牛顿流体聚丙烯酰胺溶液性质较为不同，实验首先对不同温度 的水进行流动实验。 如图4.1所示，对雷诺数和摩擦系数取双对数坐标，四种温度的水在流过多孔介质 后，其对应的雷诺数和摩擦系数关系曲线是相似的，在雷诺数Red较小范围内0~1000 时，摩擦系数/随着雷诺数Red的增大呈现近似线性的降低趋势，符合Darcy定律，粘 性力起主要作用；当雷诺数Red大于1000之后，摩擦系数/减小的趋势变缓，雷诺数 Red继续增大，摩擦系数/基本不再变化趋于平稳。从图中可以看出，在摩擦系数/下降 剧烈的区域，雷诺数Red相同时，水的温度越高其对应的摩擦系数也越高，这是因为温 度升高水的动力粘度降低，同样流速下，雷诺数增大。 从第二章PAM水溶液的流变实验可以得知，温度对PAM水溶液表观粘度的影响 不是特别大，图4.2是浓度为0.5g/L聚丙烯酰胺水溶液在多孔介质中雷诺数与摩擦系数 的关系曲线。 同样取双对数坐标，从图4.2可以看出0.5g/L聚丙烯酰胺水溶液雷诺数与摩擦系数 的关系趋势与水相似，不同温度下的PAM溶液，摩擦系数都随着雷诺数的增大而减小。 在雷诺数Red小于100之前，随着雷诺数的增大摩擦系数呈线性降低，属于Darcy流动 区域，雷诺数大于100之后，摩擦系数减小的幅度变小，属于过渡流动区域。从图4.2 中比较发现，在Darcy流动区域，同样的摩擦系数，温度越低的PAM溶液的雷诺数就 越小，20°C和30°C的水溶液雷诺数要比404C和50°CPAM溶液的低。因为聚合物高分子 运动具有温度依赖性，温度升高后缩短了聚合物溶液的松弛时间，溶液中大分子之间的 热运动增强，分子之间的距离加大，分子间的作用力减弱，缠绕程度降低，表观粘度降 低，导致溶液在多孔介质内的流动阻力降低，表现结果就导致摩擦阻力系数降低，雷诺 数升高。随着温度的升高会加速PAM水溶液水解的速度，水解会使聚合物分子结构即 构象发生变化，粘度降低，流动阻力也会下降。 图4.3是质量浓度为1.5g/LPAM溶液在20°C、30°C、40°C、50°C四种温度下雷诺 数和摩擦系数的关系曲线，相较于〇.5g/L PAM溶液温度对摩擦系数和雷诺数的影响较 小，在Darcy流动区域，由于温度升高，引起的摩擦系数的降低幅度变小。雷诺数大于 10之后进入过渡区，温度对摩擦系数的影响几乎消失，这是因为雷诺数增大，流速增加， 惯性力逐渐代替粘性力成为主要影响因素。 4. 1.2不同浓度下雷诺数与摩擦系数的关系 流动实验所用样品质量浓度为〇.5g/L, 1.0g/L，1.5g/L，2.0g/L四种浓度，浓度对 PAM溶液粘度的影响较大，同样剪切速率下浓度越高表观粘度越大，图4.4, 4.5是溶 液入口温度分别保持在30°C和50°C时，四种浓度PAM溶液的雷诺数与摩擦系数的关系。 对雷诺数和摩擦系数分别取双对数后，从图4.4可以看出在30°C时，浓度较高的如 1.0g/L，1.5g/L和2.0g/L的PAM溶液的在低雷诺数区域线性较好，摩擦系数随着雷诺 数的增大而降低，属于Darcy流动区域。质量浓度较低的0.5g/LPAM溶液线性不是很 好，但是整体趋势和高浓度溶液是一致的，主要因为低浓度水溶液在流经多孔介质的过 程中稳定性要差一些。 随着溶液浓度的减小，雷诺数与摩擦系数关系曲线从左到右依 次排列，雷诺数较低时，摩擦系数随着雷诺数的增大而线性降低。〇.5g/L，l.Og/L，1.5g/L 和2.0g/L四种浓度PAM溶液在50°C时的幂律指数《值分别是0.8065, 0.5635, 0.4817, 0. 3818,非牛顿性依次增加。非牛顿性越强的幂律流体，由于在流经多孔介质时受到剪 切作用更大，分子间的拟网结构破损情况严重，来不及重建；流动阻力增大，在低雷诺 数就能达到较大的摩擦系数。低浓度溶液和高浓度溶液的曲线差别明显，浓度为〇.5g/L 的PAM溶液在雷诺数大于160之后进入过渡区；而浓度1.0g/L的PAM溶液在雷诺数 大于20之后进入过渡区，摩擦系数降幅减小，实验结果表明浓度越高非牛顿性越强的 PAM溶液从Darcy流动区域转变为过渡区域的临界雷诺数越小；超过临界雷诺数之后， 雷诺数继续增大，逐步进入过渡区，惯性流区域，非牛顿性对流动的影响大大减弱，不 同浓度聚合物溶液的摩擦系数值将趋于一致。 4.2.3流动实验结论 (1) 低雷诺数区域，在双对数坐标系中随着雷诺数升高，摩擦系数呈线性下降的趋 势；随着雷诺数的持续升高，摩擦系数降幅减小，趋于平稳。 (2) —定浓度的PAM溶液，雷诺数Red相同时，温度越高其对应的摩擦系数也越高。 (3) 温度不变，浓度越高，非牛顿性越强的PAM溶液从Darcy流动区域转变为过渡 区域的所需的临界广义雷诺数越小。