湍流减阻效应是湍流流动因高分子聚合物的加入而流动阻力大幅下降的一种现象,自1948年Toms首次发现该现象以来,关于湍流减阻的研究开始展开。减阻技术作为解决能源利用率的有效方案,得到了众多的关注和研究。研究发现,当流体中添加高分子聚合物后,不仅会产生减阻效应,也会降低传热性能。若将聚合物减阻应用于供冷供热系统,便可大大降低传输过程中的流动阻力和的热量损失,从而实现节约能耗的目的。尽管湍流减阻技术已经得到实际应用,但由于对湍流的研究还不够透彻,且聚合物湍流减阻是涉及多个学科领域的交叉课题,关于聚合物减阻机理仍尚无定论。学者们针对聚合物溶液流体湍流减阻也提出了许多假说,尝试从湍流物理角度给出合理解释。本文基于CFD数值模拟技术,应用反映聚合物减阻效应的等效粘度模型和BSL-雷诺应力湍流模型,详细研究高分子聚合物溶液湍流减阻的流动特性,为全面认识湍流减阻的发生机理和促进聚合物湍流减阻技术的应用提供更为直观的帮助。首先分析了减阻参数、流动速度和流体温度三个因素对聚合物溶液湍流减阻效果的影响发现,同一工况下,湍流流动开始减阻需要高聚物达到一定浓度值,即减阻参数达到一定值;继续增大减阻参数,减阻效果会随着浓度值的增加而增加,当减阻达到最大值时,减阻效果不再增加,且开始降低;减阻率随减阻参数的变化呈现先缓慢增长、再迅速增长、接着再次变缓,达到最大减阻后开始缓慢降低的变化趋势;流动速度越大即雷诺数越高时,湍流强度越高,减阻效果越好,减阻率开始迅速增长阶段和达到最高减阻较流动速度低时要迟;不同聚合物适用温度范围不同,热稳定性不同;接着为研究高分子聚合物湍流减阻的流动特性,模拟了流速为9m/s时不同减阻参数下的流动情况,对湍流减阻流动的涡粘系数、湍动能、雷诺应力和速度分布等方面进行分析,结果表明:（1）在整个管道截面上,涡粘系数、湍动能、湍流涡耗散随着减阻参数的增加逐渐降低,达到最大减阻后,继续增加减阻参数,涡粘系数、湍动能、湍流涡耗散和雷诺应力各个分量均开始增加,减阻效果降低;湍流涡耗散和湍动能值均在近壁面处最高,随着距离壁面距离增大而逐渐降低;（2）湍涡系数在管道截面上呈M型,离壁面越近涡粘系数越小,在管道半径中心处达到最大,涡粘系数越高,湍流强度越大;加入高聚物减阻剂后,降低了垂直于壁面方向上和流向上的湍流速度脉动强度,速度脉动的最大脉动值随减阻参数的增加,稍有向左偏移,相对于低减阻时远离壁面;（3）牛顿流体壁湍流即无减阻时,其近壁区的速度分布模拟结果与普朗特边界层流动平均速度分布理论一致;对于聚合物湍流减阻流动,聚合物湍流减阻流动平均速度分布与Virk提出的三层速度分布理论一致,但线性底层和过渡层厚度发生了变化,过渡层和对数律层向远离壁面的方向移动比较明显;（4）减阻率越大,平均速度分布越接近Virk提出的最大减阻曲线;湍流流动中,流向涡诱导的条带高速流体下扫所产生的应力时雷诺应力的主要来源,高分子聚合物的加入后,抑制了条带下扫运动和流向涡的诱导作用,降低了近壁区缓冲层内的能量耗散,大大减小了流体的流动动能的耗散,从而实现湍流减阻。由于流动特性参数在近壁面处的变化较大,通过在管道壁面设置垂直流向的三角形肋条研究边界层变化对聚合物溶液湍流减阻的影响,分析得,破坏边界层相对稳定状态对聚合物减阻作用有降低效果。肋条高度越高对聚合物的减阻作用影响越大,达到最大减阻后,肋条越高,继续增加聚合物,减阻率降低越快;边界层中缓冲层是聚合物湍流减阻的关键区域,缓冲层被破坏的范围越大,对聚合物的减阻作用影响越大,当被破坏的边界层重新达到稳定状态时,聚合物继续发挥作用,且由于聚合物的加入,缓冲层有增厚的现象。