Математическое моделирование течения в трубе высоковязких жидкостей с маловязким пограничным слоем

• Автор: Ильина, Людмила Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Введение Глава 1 Обзор литературы

1.1 Характеристика процесса течения жидкости по трубе

1.1.1 Движение жидкости по трубе постоянного сечения

1.1.2 Течение неньютоновских жидкостей

1.1.3 Гидродинамика двухфазных потоков

1.2. Устройства и способы создания двухслойного кольцевого течения в трубопроводах

1.2.1. Гидротранспорт высоковязких и высокозастывающих нефтей

1.3 Существующие математические модели двухслойного кольцевого течения в трубе

1.4 Выводы по обзору литературы и постановка задач исследования

Глава 2 Математическое моделирование двухслойного кольцевого течения вязкой жидкости с маловязким пристенным слоем в трубе
2.1 Математическая модель двухслойного кольцевого течения вязкой ньютоновской жидкости с маловязким пристенным слоем в трубе
2.1.1 Расчет удельных затрат энергии на транспортировку вязкой ньютоновской жидкости с маловязким пристенным слоем
2.1.2 Методика расчета гидравлического сопротивления и энергозатрат при кольцевом течении двух несмешивающихся жидкостей в трубе
2.2 Математическая модель двухслойного кольцевого течения вязкой степенной жидкости с маловязким пристенным слоем в трубе
2.2.1 Расчет изменения расхода основной высоковязкой степенной жидкости, в зависимости от относительного расхода маловязкой жидкости
2.3 Математическая модель двухслойного кольцевого течения вязкой жидкости с произвольной реологической кривой с маловязким пристенным слоем в трубе
2.3.1 Расчет рациональных режимов течения вязкой жидкости с произвольной реологической кривой с маловязким пристенным слоем
2.4 Выводы к главе 2 Глава 3 Оптимизация процесса двухслойного кольцевого течения
вязкой жидкости с маловязким пристенным слоем
Глава 4 Экспериментальные исследования
4.1 Описание экспериментальной установки
4.2 Объекты исследования и их характеристики
4.3 Методика проведения экспериментальных исследований
4.4 Анализ результатов экспериментальных исследований Глава 5 Применение полученных моделей двухслойного кольцевого
течения при разработке новых устройств и способов снижающих гидравлическое сопротивление трубопроводов
5.1 Способ транспорта нефти с метановым газовым слоем
5.1.1 Устройство для создания метанового газового слоя при транспортировке вязкой нефти
5.2 Способ перемещения вязких нефтей и нефтепродуктов с пристенным слоем воды
5.3 Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе
5.4 Сравнительный анализ предложенных способов и устройств снижающих гидравлическое сопротивление трубопроводов
5.3 Выводы к главе 5 Основные выводы
Основные обозначения, используемые в работе Список использованных источников Приложения.
Приложение 1 Программа . для расчета гидравлического сопротивления и энергозатрат при кольцевом течении двух несмешивающихся жидкостей в трубе
Приложение 2 Программа . для расчета гидравлического
сопротивления и энергозатрат при кольцевом течении степенной
жидкости с маловязким пристенным слоем
Приложение 3 Программа 1 . для расчета гидравлического
сопротивления и энергозатрат при кольцевом течении двух вязкой
жидкости с газовым пристенным слоем в трубе
Приложение 4 Программа . для расчета гидравлического
сопротивления и энергозатрат при кольцевом течении в трубе
высоковязкой жидкости с произвольной реологической кривой с
маловязкой жидкостью в пристенном слое
Приложение 5 Акт внедрения результатов научно
исследовательской работы
ВВЕДЕНИЕ


Российская Федерация, МПК7 В . Транспортный обогреваемый трубопровод Текст Голованчиков А. Б., Ильина I и др. ВолгГТУ. Бюл. Пат. Российская Федерация, МПК7 1, 1. Способ перемещения вязких нефтей и нефтепродуктов Текст Голованчиков А. Б., Ильина 1 и др. ВолгГТУ. Бюл. Ю.Пат. Российская Федерация, МПК7 1, 1. Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе Текст Голованчиков А. Б., Ильина 1 и др. ВолгГТУ. Бюл. Ильина, 1 Моделирование кольцевого течения двух несмешивающихся жидкостей в трубопроводе метод, указания к лаб. Текст А. Б.Голованчиков, Н. А.Дулькина, Л. А.Ильина и др. ВолгГТУ Волгоград, . В гидравлике принято объединять капельные жидкости, газы и пары под одним термином жидкости. Это объясняется тем, что законы движения жидкостей и газов паров практически одинаковы, если их скорости значительно ниже скорости звука 1. Движущей силой при течении жидкостей является разность давлений, которая создается с помощью насосов или компрессоров, либо вследствие разности уровней или плотностей жидкостей. Движение, при котором все частицы жидкости движутся по параллельным траекториям, называют ламинарным. Неупорядоченное движение частиц жидкости с интенсивным перемешиванием по сечению потока называют турбулентным. В турбулентном потоке происходят пульсации скоростей, под действием которых частицы жидкости, движущиеся в главном осевом направлении, получают также поперечные перемещения, приводящие к интенсивному перемешиванию потока по сечению и требующие соответственно большей затраты энергии на движение жидкости, чем при ламинарном потоке . Безразмерный комплекс, в который входят перечисленные величины, позволяет по его значению судить о режиме движения жидкости. Этот комплекс число критерий Рейнольдса. Критерий Яе является мерой соотношения между силами вязкости и инерции в движущемся потоке. Значение числа Рейнольдса для условий перехода от ламинарного режима движения жидкости к турбулентному называют критическим. При движении жидкостей по прямым гладким трубам Яекр . При Яе режим движения жидкости будет ламинарным, а при Яе турбулентным. Однако при Яе 0 режим движения жидкости неустойчив движение может быть и ламинарным, и турбулентным. Эту область значений Яе называют переходной. Считают, что устойчивый развитой турбулентный режим при движении жидкостей по прямым гладким трубам устанавливается при Яе 0. В случае, если поток испытывает возмущения шероховатые стенки трубы, сужение или расширение потока и др. Яекр может существенно снижаться. В этих случаях значения Яекр определяют экспериментально. Скорость течения жидкости V определяется следующим образом Объемный расход жидкости О, м3с, равен
где 5 площадь поперечного сечения трубопровода, м . В разных точках поперечного сечения потока скорость жидкости неодинакова. Около оси трубы скорость максимальна, а по мере приближения к стенкам она уменьшается. Однако во многих случаях закон распределения скоростей в поперечном сечении потока неизвестен или его трудно учесть. Поэтому в расчетах обычно используют фиктивную среднюю скорость. Эта скорость V, мс, выражается отношением объемного расхода
жидкости 2, м с, к площади поперечного сечения 5, м , потока 1. В случае ламинарного движения вязкой жидкости в прямой трубе круглого сечения всю жидкость можно мысленно разбить на ряд кольцевых слоев, соосных с трубой. Вследствие действия между слоями сил трения слои будут двигаться с неодинаковыми скоростями. Центральный цилиндрический слой у оси трубы имеет максимальную скорость, но, по мере удаления от оси, скорость элементарных кольцевых слоев будет уменьшаться. Непосредственно у стенки жидкость как бы прилипает к стенке и ее скорость здесь равна нулю, кроме некоторых случаев для неньютоновской жидкости ,,,. Распределение скоростей при различных режимах движения представлено на рисунке 1. Для случая ламинарного течения Яе теоретическим путем получен и многократно подтвержден экспериментально закон параболического распределения скоростей по сечению круглого канала. Как видно из рисунка 1.