Influence of molecular weight and molecular structure of polystyrenes on turbulent drag reduction

Summary An investigation was carried out on drag reduction of diluted solutions on nine linear polystyrenes of different molecular weight in toluene in the turbulent region (from 5,000 to 40,000 Reynolds numbers). The universal curve established byVirk et al. is only confirmed for very low concentration depending on the molecular weight and on the Reynolds number. If the maximum drag reduction varies with the molecular weight according to previous results, the intrinsic concentration shows a dependence with the cube of the molecular weight. This type of dependence explains the observed effects of the polydispersity and degradation. Moreover, no critical molecular weight below which no drag reduction occurs is observed. The study of PS samples with non-linear structure shows the total ineffectiveness of these structures giving support to the suggestion that an elongation of the polymer in the turbulent flow is responsible for the drag reduction. From the comparison between Polyox and PS properties it is concluded that both polymers have a comparable effectiveness and degradability when compared to the same DP or to the same [].

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Zusammenfassung Untersucht wurde die Verminderung des Reibungswiderstandes (VRW) verdünnter Lösungen von neun linearen Polystyrolen mit verschiedenem Molekulargewicht in Toluol im turbulenten Bereich bei Reynoldsschen Zahlen zwischen 5000 und 40000. Die vonVirk und Mitarbeitern festgestellte universelle Kurve wird nur für sehr verdünnte Lösungen, abhängig von der Reynoldsschen Zahl und dem Molekulargewicht, bestätigt. Wie schon in früheren Untersuchungen gefunden wurde, nimmt der Maximale VRW-Effekt mit dem Molekulargewicht zu, und die intrinsic-Konzentration zeigt eine Abhängigkeit mit der dritten Potenz des Molekulargewichts. Diese Abhängigkeit erklärt die beobachteten Effekte der Polydispersität und der Degradation. Weiterhin wird kein kritisches Molekulargewicht, unterhalb dessen kein VRW-Effekt auftritt, beobachtet. Die Untersuchung von nichtlinearen Polystyrolen beweist die völlige Unwirksamkeit dieser Strukturen, was den Schluß nahelegt, daß die Verlängerung des Polymers in der turbulenten Strömung für die Verringerung des Reibungswiderstandes verantwortlich ist. Durch einen Vergleich der Eigenschaften von Polyäthylenoxid und Polystyrol wird gefunden, daß beide Polymere eine vergleichbare Wirksamkeit und Degradation zeigen, wenn man Proben von gleichem Polymerisationsgrad oder gleichem Staudinger-Index [] in Beziehung setzt.

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With 9 figures and 2 tables