1研究的背景和意义.docx
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1研究的背景和意义
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1研究的背景和意义
如今随着世界能耗的不断增加，能源问题一直是比较棘手的问题，特别像我国人口众多的国家，人均资源占有量远低于世界的平均水平，且对于能源的需求更加巨大，所以节约能源对于中国来说乃至于对于全世界来说是相当重要的大事。
能源的消耗重要发生在能源交通运输过程中，且表面摩擦占很大的比例。
而在长距离的管道运输过程中，泵站的动力几乎全部用于克服表面摩擦力。
而由于表面摩擦阻力的存在，会将油气由层流状态转变为湍流状态，所以湍流减阻对长距离的管道输油具有重要的意义，已引起了广泛的重视。
在长距离管道流体输运中，绝大部分的流体输送能耗来源于管道壁面的摩擦阻力。
对于能源紧缺的今天，尤其是像我国这样处于发展中且人均资源占有量较低的国家来说，节约能源以及能源的高效利用已经成为了当前研究的重点和亟待解决的问题。
减阻添加剂的使用能极大地减少流体在壁面的摩擦阻力，减阻效果高达80%，具有重要的节能价值。
相比于聚合物减阻剂，表面活性剂具有可逆的机械降解性质，在高剪切力场合以及封闭式循环系统如集中供暖系统中有着极大的优势以及更为广泛的应用前景。
由于表面活性剂溶液在不同的剪切力作用下，其内部的单体分子会形成不同形状的微观胶束结构，比如球状、棒状、蠕虫状、网状等，而这些不同的微观结构又能够影响表面活性剂溶液的流变性能，使其在不同剪切力下表现不同的流变特性；而流变特性又会影响流体内部的湍流结构，从而进一步影响表面活性剂溶液的减阻性能。
因此，为了认识表面活性剂溶液的内在减阻机理，对其微观结构、
流变特性及流体内部湍流结构的研究成为了国内外众多学者关注的焦点之一。
然而，表面活性剂在高效减阻的同时，其换热性能将会极大地恶化，这主要是由其内部微观结构对流体湍流强度的抑制作用造成的，从而导致了表面活性剂溶液传热性能恶化的现象。
因此，为了进一步扩大表面活性剂在换热领域的应用，其强化传热也成为了研究的焦点。
当表面活性剂溶液发生减阻作用时，其流体内部的湍流涡结构会受到由表面活性剂形成的剪切诱导结构的抑制，从而使湍流结构发生改变。
这一特点则为通过影响湍流结构实现减阻的其它减阻方法提供了可能的条件，为表面活性剂与其它适当的减阻方式相结合的耦合减阻研究提供了指导。
因此，表面活性剂与其它减阻方式耦合进行高效湍流减阻的研究也是当前的研究热点。
综上所述，为了全面认识表面活性剂溶液的减阻机理，提高其在节能方面的应用价值和范围，就需要对其微观结构、流变特性、减阻特性、湍流结构特征、强化传热以及与其它减阻方法协同作用耦合特性进行系统的研究。
本文对作者近年来在表面活性剂湍流减阻方面的最新研究进展进行综述，并与其它同类研究进行了对比分析。
首先总结分析表面活性剂溶液结构、复杂流变特性和湍流结构及
（图3）低温电镜法拍摄的表面活性剂溶液中网状结构胶束照片
（图4）表面活性剂水溶液溶解度曲线及胶束结构状态示意图
表面活性剂分类
2表面活性剂减阻机理及影响因素
2.1湍流减阻基本概念
尽管目前对化学减阻剂已经有了相当规模的实际系统运用研究或工业化运用，并且对影响减阻效果的一些因素已有了一定的了解，但由于对湍流本身的了解还不够全面，在湍流中，添加剂产生减阻原因还不是很清楚。
围绕减阻机理，曾经提出一些假说和模型，但没有一种理论可以圆满解释添加剂湍流减阻流动中的所有实验现象，减阻机理还有待进一步研究。
对于从湍流物理角度出发给出的湍流减阻机理的解释，既适用于高分子聚合物减阻剂，也适用于表面活性剂减阻剂，因此，在下面这方面的叙述中不分化学减阻剂的种类，尽管有的对湍流减阻机理的解释是针对高分子聚合物而来的。
而从减阻剂溶液内部微观结构的角度出发，对减阻机理进行定性分析。
湍流减阻的基本概念
在湍流流动过程当中所涉及到的基本流体力学问题。
存在于管道或槽道中时，由于流体存在的黏性，在流道壁面附近会产生摩擦阻力，想要保持流动过程中流体的流量不变，就需要外部提供动力，液体循环时需要泵提供驱动力，通过分析流道中流体所受力的平衡关系，可以建立起在流道中一定长度间隔内流动的流体所受的壁面切应力与这段长度流道前后的压差的关系。
壁面的切应力定义为
（2-1）
其中，D为流道的水力直径，L为所取流道的间隔长度，
为L间流动的压差。
式（2-1）对圆管和槽管都适用。
当矩形截面的一边远大于另一边时，此时往往在做二维槽道管流的假设，式（2-1）也时常简化成如下形式：
（2-2）
这里H也常称为二维矩形槽道的高度。
测得通道内流动的壁面摩擦阻力系数，根据定义有
（2-3）
式中，V为流道内的平均速度，
为流体的密度。
在进行湍流减阻流动研究时，
测得湍流减阻流动时范宁摩擦系数随雷诺数的变化结果后，通过与相同雷诺数下牛顿流体的范宁系数做比较得到减阻率的大小。
管道或槽道内牛顿流体湍流的范宁系数可通过如下理论公式计算：
圆管湍流
（2.4a）
槽管湍流
（2.4b）
这里雷诺数通过牛顿流体溶剂的参数来定义:
Re=
（2.5）
其中，
为溶剂的动力黏度。
2.1.1从微观结构角度对表面活性剂湍流减阻机理的解释
表面活性剂减阻溶液中的微观结构形式可能是传统的蠕虫状结构、有分支的虫状胶束构成的网状结构或者是囊泡状结构，每一种结构形式的微观结构都可能给溶液本身带来不同的流变学物性以及不同程度的减阻效应。
Zakin等根据如上
三种可能存在的静态微观结构形式，把表面活性剂分为三类，并分别把溶液流动的减阻效应与流变学物性关联在一起。
绝大多数的表面活性剂减阻溶液处于静止状态时，内部都会形成蠕虫状胶束结构，当有剪切力作用时，蠕虫状胶束结构很容易就会倾向于与流动方向排列一致，这种效果导致湍流减阻效应的产生，而且导致较大的临界剪切力或临界雷诺数。
内部有蠕虫胶状胶束结构的表面活性剂减阻溶液一般来说会表现出明显的流变学物性，如较大的零剪切黏性、剪切稀释性、较大的黏弹性、旋转流动停止驱动后的快速反弹现象、较大的拉伸黏性与剪切黏性之比等。
有一些表面活性剂湍流减阻系统会形成有分支的蠕虫状胶束结构，即三路分支交接在一起的蠕虫状结构，当胶束结构形成半圆形端头所需要能量高到足以克服形成分支接头所需的能量时，即可以形成分枝状结构，此时比起前面一种情况，溶液内的蠕虫状胶束微观结构的端头数目变少。
研究表明，分支结构的结合点能够沿着蠕虫状胶束结构的轴向方向自由移动，这样当受到剪切率作用时能够迅速把切应力松驰掉，从而减小溶液的剪切黏性。
形成分支结构的表面活性剂溶液的减阻效果也很明显，但是其最大减阻率比无分支蠕虫状胶束结构的情形要小，然而，这种情况下的临界雷诺数却比后者要大，而且分支中的接点可自由移动的复杂的流变学物性。
也有几种表面活性剂溶液在处于静态时内部会形成囊泡或液晶状态，在湍流流动中，受到的剪切率超过临界值后，这些形态可以转化成蠕虫状胶束结构，从而使该类表面活性剂溶液流动表现出湍流减阻现象。
此时，因剪切而引起的表面活性剂溶液从无减阻功效的转化过程，类似于湍流流动中的湍流减阻现象的起始诱发过程，所不同的是，当引起溶液内部微观结构变化的临界剪切率小于流动从层流向湍流转折的临界壁面剪切率是，这类表面活性剂溶液可能表现出牛顿流体性质，即小的剪切黏性，无网络状结构产生、第一正应力差保持为0、拉伸黏性与剪切黏性的比值较小。
2.1.2从湍流物理角度对湍流减阻机理的解释
湍流的相关结构
湍流流动由于壁面的限制，壁面附近的流体质点在黏性切应力和湍流切应力的作用下，不仅沿着流动方向发生脉动，而且在横向方向发生扩散。
随着距壁面方向上距离的增大，两种切应力对流动的影响也发生了相应的变化，粘性切应力对湍流流动的影响逐渐变弱，湍流切应力的对流的影响不断增强，因此在壁面形成了流动的分成区，在不同的层区处流动的速度、压力等参数具有不同的分布。
关于充分发展的湍流层，在沿着边界层法向方向可将边界层分为两个区域：
壁面区和核心区。
区内由于壁面流动条件、粘性底层、温度分布、含杂质程度及核心区湍流度的影响，又被分为三层：
黏性底层、过度层和对数层。
外区中，壁面流动条件间接地影响着流体运动，主要还是受湍流切应力的影响，外区被分尾流区和粘性顶层。
湍流边界层的划分标准
（1）黏性底层：
粘性底层是壁面的一个非常薄的流层，此层的粘性应力对流动的影响突出，湍流切应力的影响非常弱，此层的流动与层流相似，速度呈线性分布。
其厚度相对于平板边界层约为：
0≤y+≤5
其中：
y+=
公式中
为壁面摩擦速度。
粘性底层中，垂直速度分量波动频繁，此区域内的平均与距离壁面的距离呈现线性关系。
粘性底层并非层流层，粘性底层中流体的速度还受外层低速流条带之间的展向距离近似为10y*
（2）过渡层：
过渡层是粘性底层到对数层的缓冲层。
过渡层中流动的动量输运过程，在粘性层中粘性力影响较大。
在过渡层中的粘性切应力和湍流切应力都不能被忽视。
垂直速度分布量是正的，该区域低速带延伸至缓冲层，壁面进一步向外，流动更不规则，低速带条顶端产生涡，马蹄又在自身诱导下，又形成发卡涡，逐步向对数层过渡。
发卡涡不稳定，在破裂时边界层外层区域的高速流体进入缓冲区，在缓冲区，在缓冲区被减速并再次形成新的低速带和涡。
正是这种周而复始的低速带条向外喷射和高速流体向壁面涌入的过程中产生了整个边界层的大部分湍流流动过渡层的厚度约为：
5≤y+≤30
（3）对数层：
对数层又称为湍流层，距离壁面较远，此层中湍流切应力对动量的传递起到很大的作用。
其厚度约为：
30≤y+≤0.2
在该层中，流动属于湍流，流向平均速度与距离壁面高度呈对数关系。
对数层中，壁面切应力仍然影响着流体流动的物理量。
另外，在粘性底层和缓冲区中产生的马蹄形涡和发卡涡可以很深的进入对数规律区，其高度可以大于100，甚至接近于非湍流的边界层，外部的高速流也可通过这一层冲入缓冲区和粘性层中。
（4）尾流侓区：
在该层中流体运动仍处于完全湍流状态，但与对数侓层相比，湍流强度以明显减弱，边界层的流动特征已接近尾声。
尾流侓层的厚度约为：
0.2
≤y+≤0.4
（5）粘性顶层：
粘性顶层是从边界层中的湍流到外部非湍流的过渡层，其厚度约为：
0.4
≤y+≤
在该层中，由于湍流脉动引起外部非湍流不断进入边界层而发生相互混杂，湍流强度显著减弱，加上湍流脉动的随机性变化，导致在同一空间点上的流体质点有时是湍流流动有时又是非湍流流动。
研究表明，近壁区与湍流的机理密切相关，湍流的形成和发展主要是出现在近壁区，此区的湍流动能的产生和耗散对整个湍流边界层起着重要的作用。
（1）伪塑说
Toms最早提出，聚合物溶液具有伪塑性，剪切速率越大，表观黏度越小，溶液通过管道流动时，壁面附近剪切速率大，黏度降低，从而使流动阻力降低。
经过后来大量的实验和理论研究表明，聚合物添加剂湍流减阻机理要复杂得多，目前这种理论已被否定。
（2）有效滑移说
Vir根据管流速度分布测量结果提出了弹性缓冲层的流动模式。
他认为聚合物的加入在管壁的层流层和湍流核心之间生成一弹性缓冲层，此层的速度梯度较大，使湍流核心部分的速度分布曲线相对于牛顿流体的速度分布曲线向上移动了一个距离，即湍流核心部分的速度增大值。
将此数值称为“有效滑移”。
由于湍流核心部分速度加大，相同条件下通过的流量增加，故发生减阻。
弹性底层是聚合物分子与流动发生作用的区域，也就是发生减阻的区域。
根据vir的假说，减阻剂浓度增大，弹性厚度也增大，当弹性层扩展到管轴时，减阻就达到了极限。
该假说成功地解释了最大减阻现象，而且也可以解释管径效应。
但按照Vir的假说,最大减阻时的浓度应与最大传热减阻减小时的浓度相等，可实验结果证明是不等的。
（3）湍流脉动抑制说
由于高聚物和表面活性剂减阻剂和对流动处于湍流时才有减阻效果，故有人提出，减阻是由于溶液中的减阻剂抑制了湍流漩涡的产生，从而使脉动强度降低，减少了能量损失，最终结果是发生了湍流减阻现象。
针对这一观点的正确性，曾有两种不同的判断。
到目前为止所有有关添加剂湍流减阻流动的研究结果中，都得到了垂直于壁面方向上湍流速度脉动强度降低的结论，一部分学者认为在流向上的湍流强度却有所加强，这是基于比较牛顿流体湍流和减阻湍流中主流向无因次脉动速度强度而得出的结论，这里的无因次速度脉动强度是通过除以自身工况下的摩擦速度作为无因次速度参数重新检验前人的研究结果发现，所有的湍流减阻流动中各个方向上可认为是正确的，但必须指出减阻剂的作用并不只是减弱了湍流脉动的强度，同时也改变了湍流结构。
（4）湍流脉动解耦假说
目前很多研究表明，减阻剂对湍流的作用是降低了轴向脉动和径向脉动的相关性，这种作用称为“解耦”。
由于湍流脉动的解耦减小了雷诺应力，根据Fukagata等推导出的雷诺切应力与摩擦阻力系数之间的直接关系式可知，雷诺剪切应力的减小直接导致湍流流动的摩擦系数降低，发生减阻现象。
实际上，雷诺剪切应力的减小是湍流脉动解耦和湍流脉动抑制两方面共同作用的结果。
这一假说在定性上也是正确的。
（5）黏弹说
具有减阻效果的高聚物溶液和表面活性剂溶液一般都表现出黏弹性这种流变学物性。
随着黏弹性流体力学的发展，有人提出高聚物和表面活性剂减阻剂溶液的减阻作用是其黏弹性和湍流旋涡之间发生相互作用的结果。
位于高应变速率区的减阻剂溶液内微观结构可以将载能漩涡旋区中由小尺度涡旋耗散的能量吸收并存储在伸展的微观结构中。
当储能微观结构扩散或对流到低应变速率区之后，将松驰至无规则线团状，其储存的能量则以弹性切应力波数涡旋，大大减小了流体的流动动能的耗散，实现湍流减阻。
减阻剂湍流减阻剂机理的黏弹性理论是DeGennes提出的。
黏弹性假设不仅能解释许多具有黏弹性的高分子聚合物和表面活性剂溶液的减阻现象，而且还能定量计算减阻率，也是从湍流物理的角度研究减阻机理、发展新的湍流减阻流动的定量分析理论的有力工具。
然而DenToonder的应力各向异性理论的研究使之受到了挑战。
（6）应力各向异性假说
Bewersdoff等运用冷中子小角度散射测量技术，观察了一种表面活性剂溶于重水中所成胶束的变形的特点。
发现溶液静止时，胶束呈现椭球形，椭球的长短随机取向，而溶液在湍流时，椭球长短轴随机取向具有一定的方向性。
该结论也与应力各向异性假说相符。
目前该方向上的研究并未最终定论。
（7）涡旋稳定假说
在湍流中，流体的流动阻力主要是由尺度大小随机、运动随机的旋涡形成的。
尽管旋涡的形成是随机的，但漩涡总是逐渐分解而产生尺度越来越小的漩涡，直至分解到相对于该流动雷诺数下的最小尺度涡，旋涡能量最终因流体的黏性变成热能而耗散掉。
该假说指出，减阻剂的存在将使湍流中的能量级发生极大变化时，即当紊流流体的雷诺应力与减阻剂溶液的弹性应力处于同一数量级时，能量传递链被“截断”了，能量耗散无法达到最终状态，于是流动阻力就下降了。
（8）表面随机更新假说
对于壁面湍流，其边界层可分成三层:
黏性底层、过渡层和湍流核心区。
黏性底层是靠近壁面的薄层，其中存在间歇性的湍流脉动。
如果把壁面湍流流动的动量传递传递边界层看成是由一块块的能量传递块组成，那么这些能量传递块会随机地被来自主流的流体微团所更新，分解成新的流体单元而产生漩涡，产生能量级联，完成动量的传递和能量的扩散。
该模型在湍流随机理论和Danckwers表面更新理论的基础上，认为牛顿流体中加入减阻剂后，由于减阻剂分子在管壁上的流体块难以被更新，阻碍了漩涡的生成，导致能耗减小而达到减阻作用。
（9）其他
从分子变形的角度，Keyes和Abernathy分析了涡管在剪切流中的进化情况。
大分子的变形运动产生了两种作用，即阻碍涡管的形成和对一形成的涡管阻碍其发展。
这两种作用的综合效应是降低了高分子稀溶液湍流的促发周期，从而导致了湍流减阻。
2.2影响表面活性剂减阻的因素
2.2.1烷基
烷基链中碳原子数的奇偶性用氯化烷基三甲基胺（简写为CTAC,n为烷基中碳原子数）/3-氯安息香酸体系研究了不同碳原子数对减阻效果的影响。
20℃时C15TAC溶液的减阻率很小;25℃时溶液减阻率的最大值为65%；55℃时最大值为50%；60℃时最大值仅20%；60℃以上时线性胶团结构变成了球形，无减阻效果。
因此，最有效的减阻温度为25℃～55℃。
有很多人研究了这一现象，都没有给出一个令人满意的解释。
LiYajuan等研究了二价染色体活性剂烷基链的奇偶性影响其胶团生成焙原因。
对于烷基链长为偶数的活性剂，季铰官能团中碳碳键的方向与主要分子轴的方向一致，这有利于烷基链的聚集；而对于烷基链长为奇数的活性剂，季铰官能团中碳碳键的方向与主要分子轴的方向发生偏离，这不利于烷基链的聚集。
因此，烷基链为偶数的活性剂，胶团生成焙随碳原子数增加直线下降；烷基链为奇数的活性剂，胶团生成焙随碳原子数增加是渐渐上升的。
2.2.2烷基链头基
总的说，在高温时头基较大的活性剂减阻效果较差，并且头基较大的活性剂减阻温度上限也较低。
这是因为在表面活性剂减阻过程中，补偿离子的结合状态起着很重要的作用，它影响胶团的形态和生长动力学。
如果活性剂的头基较大，补偿离子和头基之间的位阻也较大，补偿离子和头基之间的结合就较差，很容易在较低的温度下就分裂了。
2.2.3烷基链长度
不论烷基链长是奇数或偶数，活性剂的临界胶团浓度都随着碳原子数的增大而减小。
例如:
在303.15K时，双溴化烷基二甲基己基按溶液的临界胶团浓度随着烷基链长度的增加而减小。
因为随着链长的增加疏水性增大，聚集在活性剂胶团内部的活性剂分子就较多，导致胶团生长。
临界胶团浓度的减小使活性剂在较低的浓度下就可能形成线性胶团，线性胶团又是减阻的前提条件，因此烷基链的增长对减阻有利。
但是单一表面活性剂的使用温度范围有限，将不同烷基链的表面活性剂添加在一起，是扩大其使用温度范围的有效方法。
这可能是因为混合以后更有利于形成稳定的线性胶团网络结构。
例如：
将摩尔分数为10%的CTAC的阳离子表面活性剂加入到含CTAC的表面活性剂中，可以显著扩大减阻温度范围，即从80～130℃扩大到4～120℃。
2.2.4表面活性剂的浓度
减阻剂添加的浓度影响着管壁附近层流底层的厚度，浓度越大，弹性底层的厚度越大，减阻效果越好，理论上当弹性底层达到管轴中心时，减阻率达到了最大。
表面活性剂要达到减阻目的，还存在一个临界胶团浓度的问题。
当活性剂的浓度低于临界胶团浓度的时候，活性剂溶液中的线性胶团转变为球形胶团，胶团结的改变使活性剂丧失了减阻作用。
活性剂浓度增加时减阻率是增大的。
2.2.5补偿离子
2.2.5.1补偿离子的浓度
当补偿离子浓度增大时，形成更大的胶团，减阻效果会更好。
但是补偿离子浓度与活性剂浓度的相对大小，不仅会影响有效减阻温度范围，还会影响活性剂的减阻效果。
将C16TAC和不同的补偿离子棍合后进行实验，当补偿离子的浓度与性剂的浓度比值为1时，3,4甲基安息香酸盐（3,4-dunethylbenzoate）体系的有效减阻温度范围为5℃~40℃;3,4氯安息香酸盐（3,4-dichlorobenzoate）体系有效减阻的温度范围为20℃~70℃。
将前述比值增加到2时，这两个体系的减阻温度上限增加10℃。
比值为1时，3，4甲基安息香酸盐和3，4氯安息香酸盐溶液均有泡状和效状的微结构，在受剪切时能转变为线性胶团，可以实现减阻。
比值为2时3，4甲基安息香酸盐溶液有线性胶团网络，减阻效果很好；3，4氯安息香酸盐在静态时只有泡状和球状的微结构，只有在高速剪切条件下才可能转变为网络结构，具有减阻的能力
2.2.5.2补偿离子的疏水性与亲水性
与碳氧阴离子作为补偿离子相比，碳氟阴离子能表现出良好的与胶团结合能力，并且可以使胶团稳定存在，降低临界胶团浓度。
碳氟阴离子和碳氧阴离子混合组成的补偿离子形成的胶团更稳定。
2.2.5.3补偿离子的电荷性质以及电荷数
表面活性剂胶团的特点受活性剂与补偿离子电荷性质以及电荷数的影响很大。
与一价的补偿离子相比，即使是在较低的温度下，带二价电荷的补偿离子和胶团的结合程度要高得多，胶团90%以上的电荷被中和。
2.3其他因素的影响
2.3.1管路系统的直径
处于管路中的表面活性剂溶液的减阻效果必然受管径的影响。
一般来管道的当量直径越小越容易发生湍流减阻现象，减阻现象越明显，另外还受管道系统内壁的粗糙度有关，粗糙度越大管道的表壁的剪切应力也越大，会增加管道的阻力，还会与管道的变径有关，产生水头损失的局部阻力。
每一种管径都对应一种减阻率时最大的雷诺数，即临界雷诺数，当管径增加时，其临界雷诺数也增加，相对应的最大减阻率也增加。
随着流速的增大，雷诺数也增大，在这种情况下，表面活性剂在剪切力作用下形成剪切诱导结构抑制湍流的发生而减阻，剪切诱导结构会软化，形成更加细密的减阻结构，减阻率也增大。
当雷诺数大于临界雷诺数时，流速的增大减阻率反而会减小因为此时的剪切诱导结构遭到破坏，待雷诺数回到临界雷诺数以下时，表面活性剂会恢复减阻效果。
在管径为10～150mm的管路系统中，要研究直径对高浓度活性剂减阻效率的影响，首先需要建立一种理论模型，然后将理论推算值与实验测试值相比较。
该理论模型只有在表面活性剂的浓度较大时才成立，它的核心内容可以表达为：
式中；
为剪切速率变化；
为壁面剪切速率；
壁面径向速率；
;
为管径；
所有的实验结果和理论推算值都在靠近Virk's最大减阻渐近线上方急剧减小;对直径一定的管路系统存在一个最大减阻率；管径增大时减阻率增大。
在高雷诺系数区，较高的剪切应力使活性剂的剪切诱导结构丧失，因此，对管径10～150mm的管路系统，活性剂在该区的摩擦系数都会急剧增大。
2.3.2流体介质的速度和温度
减阻表面活性剂都只能在一定的速度范围（雷诺数范围）内才能有效减阻。
各种活性剂有效减阻所对应的速度范围和雷诺数范围明显不同，减阻有效的速度范围决定性因素在于表面活性剂的化学结构、浓度和溶液的老化时间等。
雷诺数能够影响流体的流变学性质，该性质随剪切诱导结构变化而变化。
每一种减阻剂都对应临界减阻速度，当平均流速小于该流速时随着流速的增大，减阻率也增大，当流速大于临界流速时，平均流速增大减阻率反而会减小因为此时剪切诱导结构遭到破坏。
根据雷诺数大小可以将流体分为4个区：
一区为层流和过渡流体，没有减阻效果；二区随着雷诺数的增大减阻率增大；三区随着雷诺数的增大减阻率减小；四区减阻能力消失。
这解释不了活性剂只有在一定的速度范围内才能减阻的根本原因。
活性剂只有在一定的温度范围内才能减阻。
在有效的减阻范围内才具有减阻效果，超过有效的减阻范围，减阻剂的减阻效果受到抑制，高温下减阻剂降解，失去或减弱减阻特，性活性剂的减阻率随着温度升高先增大后减小，但是温度和减阻率的关系不是简单的线性关系。
2.3.3环境中的金属离子
在有水或其他流体的管道循环系统中，金属离子来源有几个方面（硬）水中带来的离子：
Ca2+和Mg2+以及表面活性剂带来的Na+离子;管道腐蚀带来的离子：
Zn2+、Cu2+、Fe2+以及它们对应的化合物等。
在循环系统中表面活性剂用来减阻时，保持长期稳定的减阻效果是很重要的。
一些活性剂在使用一段时间过后会丧失减阻效，并且减阻效果丧失之后不可恢复。
依据活性剂体系中各种成分的不同，有效减阻时间从几年到几十年不等。
因此人们推测，这可能是循环系统中的金属离子浓度随着时间的延长而增大，这些金属离子会破坏减阻剂的减阻结构使活性剂的减阻能力下降甚至消失。
因为不同离子对活性剂流变学和减阻能力的影响是一致的，证实这种推测的方法之一是通过测试这些金属离子对活性剂弹性的影响，来研究金属离子对减阻的影响。
结果证实了表面活性剂减阻效果受不同金属离子的影响效果是一致的。
2.3.4雷诺数的影响
减阻添加剂只有流动处于湍流状态时才会发生减阻现象，并且湍流现象发生后，雷诺数在一定范围内，减阻率随着雷诺数的增大而增大，对一
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