Презентация на тему УПРАВЛЕНИЕ НЕФТЕГАЗОВЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

в движущейся жидкости не только на сравнительно длинных участках,

но и на коротких.

Режимы движения жидкости

Рис. 4.1. Схема установки Рейнольдса

Итак, ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные перемещения частиц жидкости.

Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости. Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической υ кр.

и обратно пропорционально диаметру трубы.
Входящий в эту формулу безразмерный

коэффициент k, одинаков для всех жидкостей и газов, а также для любых диаметров труб. Этот коэффициент называется критическим числом Рейнольдса  Reкр и определяется следующим образом:

Физический смысл Re есть отношение сил инерции к силам вязкости.

Кавитация

В некоторых случаях при движении жидкости в закрытых трубах происходит явление, связанное с изменением агрегатного состояния жидкости, т.е. превращение ее в газ с выделением из жидкости растворенных в ней газов.

Рис. 4.2. Схема трубки для демонстрации кавитации

давлению насыщенных паров жидкости при данной температуре или значения

равного давлению, при котором начинается выделение из нее растворимых газов, то в данном месте потока наблюдается интенсивное парообразование (кипение) и выделение газов. Такое явление называется кавитацией.

Таким образом, кавитация - это местное нарушение сплошности течения с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), обусловленное местным падением давления в потоке.

Потери напора при ламинарном течении жидкости

Распределения скоростей по поперечному сечению потока представляет собой параболоид вращения, а сечение параболоида осевой плоскостью - квадратичную параболу (рис.4.3).

Рис. 4.3. Схема для рассмотрения ламинарного потока

Уравнение, связывающее переменные υ и r, имеет следующий вид:

скорость υ = 0, а при 
r = 0 (на оси

потока) скорость будет максимальной

Теперь определим расход жидкости при ламинарном течении в круглой трубе. Так как эпюра распределения скоростей в круглой трубе имеет вид параболоида вращения с максимальным значением скорости в центре трубы, то расход жидкости численно равен объему этого параболоида. Определим этот объем.

Максимальная скорость дает высоту параболоида

γ = ρ g

Так как левая часть полученного равенства равна потерям напора hпот в трубе постоянного диаметра, то окончательно это равенство примет вид:

Вейсбаха-Дарси

где λ - коэффициент гидравлического трения, который для ламинарного потока вычисляется по выражению:

ранее, для турбулентного течения характерно перемешивание жидкости, пульсации скоростей

и давлений. Если с помощью особо чувствительного прибора-самописца измерять пульсации, например, скорости по времени в фиксированной точке потока, то получим картину, подобную показанной на рис.4.4. Скорость беспорядочно колеблется около некоторого осредненного по времени значения υ оср, которое данном случае остается постоянным.

Рис. 4.4. Пульсация скорости в турбулентном потоке

Рис. 4.5. Характер линий тока в турбулентном потоке

При турбулентном режиме движения жидкости в трубах эпюра распределения скоростей имеет вид, показанный на рис. 4.6

формулой для потерь напора при турбулентном течении жидкости в

круглых трубах является уже приводившаяся выше эмпирическая формула, называемая формулой Вейсбаха-Дарси и имеющая следующий вид:

Этот коэффициент зависит от числа Рейнольдса Re и от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости Δ/d (или Δ/r0, где r0 - радиус трубы).

Впервые наиболее исчерпывающей работы по определению были даны И.И. Никурадзе, который на основе опытных данных построил график зависимости lg(1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r 0.

Результаты этих исследований представлены на рис. 4.7, где построены кривые зависимости lg (1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r0.

Прямая I соответствует ламинарному режиму движения жидкости

Re и Δ/r0, где коэффициент λ не зависит от

шероховатости, а определяется лишь числом Re (отмечена на рис.4.7 прямой II ). Это область гидравлически гладких труб. Если число Рейнольдса лежит в диапазоне 4000 < Re < 10(d / Δ э) коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса

Для определения существует также эмпирическая формула П.К. Конакова, которая применима для гидравлически гладких труб

Δ/r0 - эквивалентная абсолютная шероховатость
Третья область - область больших

Re и Δ/r0, где коэффициент λ не зависит от числа Re, а определяется лишь относительной шероховатостью (область расположена справа от пунктирной линии). Это область шероховатых труб, в которой все линии с различными шероховатостями параллельны между собой. Эту область называют областью автомодельности или режимом квадратичного сопротивления, т.к. здесь гидравлические потери пропорциональны квадрату скорости.

формуле Альтшуля:
или по формуле Прандтля - Никурадзе:
Таблица для определения

коэффициента гидравлического трения

при внезапном расширении русла расходуется на вихреобразование, связанное с

отрывом потока от стенок, т.е. на поддержание вращательного непрерывного движения жидких масс с постоянным их обновлением

Рис. 4.9. Внезапное расширение трубы

Эта высота и есть местная потеря напора на расширение, которая определяется по формуле:

Это выражение является следствием теоремы Борда

и называется коэффициентом потерь, таким образом
Постепенно расширяющаяся труба называется

диффузором (рис.4.10).

Рис. 4.10. Постепенное расширение трубы

Полную потерю напора в диффузоре рассматривают как сумму двух слагаемых:

виде:
откуда коэффициент сопротивления диффузора можно выразить формулой
Рис. 4.11. Зависимость

ζдиф от угла

где коэффициент сопротивления сужения определяется по полуэмпирической формуле И.Е.

Идельчика:

в которой n = S1/S2 - степень сужения.

Внезапный поворот трубы (колено). Данный вид местного сопротивления (рис.4.15) вызывает значительные потери энергии, т.к. в нем происходят отрыв потока и вихреобразования, причем потери тем больше, чем больше угол δ. Потерю напора рассчитывают по формуле