Degradation of polymers used as drag reducing agents

Lukas Brandfellner

doi:10.25365/thesis.64099

You are here: University of Vienna PHAIDRA Detail o:1391797

Title (eng)

Degradation of polymers used as drag reducing agents

Parallel title (deu)

Abbau von strömungswiderstandreduzierenden Polymeren

Author

Lukas Brandfellner

Advisor

Alexander Bismarck

Co-Advisor

Hans Werner Müller

Assessor

Alexander Bismarck

Abstract (deu)

Um den Strömungswiderstand in turbulenten Strömungen von Flüssigkeiten zu verringern, können der Flüssigkeit Drag Reducing Agents zugesetzt werden. Dies können Polymere mit langen, flexiblen Ketten, die in der jeweiligen Flüssigkeit löslich sind, sein. Um Energie beim Pumpen zu sparen und höhere Fließgeschwindigkeiten zu erreichen werden sie bereits vielfach in der Industrie eingesetzt. Problematisch ist aber der Umstand, dass die Polymere durch die Scherkräfte im turbulenten Fluss während der Anwendung abgebaut werden und dadurch die Drag Reduction mit der Zeit abnimmt. In dieser Arbeit wurden die Eigenschaften von Polyethylenoxid untersucht, während es als Drag Reducing Agent eingesetzt wurde. In einer Testanlage wurden wässrige Lösungen des Polymers mehrfach durch ein Rohr gepumpt, um die Anwendung in einer kilometerlangen Pipeline zu simulieren. Dabei wurde die Drag Reduction gemessen und wiederholt Proben gezogen, in denen die molare Masse des Polymers bestimmt wurde. Gefunden wurde eine Abnahme der Drag Reduction und der molaren Masse mit zunehmender Distanz, die die Lösung in der Testanlage zurückgelegt hat. Dies stimmt mit Ergebnissen in der Literatur und größtenteils auch mit Brostows Modell überein. Brostows Modell sagt eine untere Grenze für die Drag Reduction in Langzeitanwendungen voraus, die in diesem Experiment für Polyethylenoxid nicht bestätigt werden konnte, aber bei sehr niedrigen Werten liegen müsste. Zusätzlich wurde eine Alterung der Polymerlösungen gefunden, während diese in Ruhe gelagert wurden. Die molare Masse von Polyethylenoxid nahm mit der Zeit ab, ohne dass das Polymer mechanischem Stress ausgesetzt war.

Abstract (eng)

To reduce the drag in turbulent flow of liquids, drag reducing agents can be added to the system. These can be polymers with long, flexible chains that are soluble in the liquid. Drag reducing agents are already used in industrial applications in order to save energy while pumping and to reach higher flow-velocities. A challenge in their application is the degradation of polymers in turbulent flow which results in a decreased drag reduction. In this study the properties of polyethylene oxide were monitored, while it was used as a drag reducing agent. In a pilot scale pipe-flow facility aqueous solutions of the polymer were pumped repeatedly, simulating the application in a kilometre long pipeline. The drag reduction was measured and samples of the solution were taken at multiple times. The molecular weight of the polymer of these samples was measured. A decrease in drag reduction with distance travelled through the flow facility was found. This concurs with results found in previous studies and also mostly with the model suggested by Brostow. The model proposes a lower bound for drag reduction in long term applications. This bound could not be confirmed for polyethylene oxide, but the results show, that it has to be at a very low value. In addition, ageing of the polymer solutions was found, while they were stored at ambient conditions. The molecular weight of polyethylene oxide decreased with time, despite it was not subjected to mechanical stress.

Keywords (eng)

Drag reductionpolymer degradationturbulencePEO

Keywords (deu)

Reduktion des StrömungswiderstandsAbbau von PolymerenTurbulenzPEO

Subject (deu)

Makromolekulare Chemie

Subject (deu)

Flüssigkeiten

Subject (deu)

Technische Strömungsmechanik

Subject (deu)

Lösungen, Flüssigkeiten