Моделирование гидродинамики и теплопереноса неньютоновских жидкостей в каналах изменяющейся геометрии и запорной арматуре

• Автор: Гриценко, Владимир Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 161 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Реологические модели. Моделирование гидродинамики и теплообмена при внутренних течениях в каналах и трубах

1.2. Численное решение уравнений импульса и энергии.

1.3. Выводы и задачи исследований.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛОПЕРЕНОСА ПРИ ТЕЧЕНИИ В ТРУБАХ И КАНАЛАХ
2.1. Система уравнений движения несжимаемой сплошной среды с учетом теплообмена для цилиндрических и декартовых координат

2.2. Численный метод решения системы уравнений гидродинамики и теплопереноса.

2.3. Моделирование гидродинамики в узлах уплотнений

запорной арматуры.

2.4. Разностный метод расчета гидродинамики и теплопереноса при течении вязкоупругой жидкости в канале
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ВНУТРЕННИХ ТЕЧЕНИЯХ В КАНАЛАХ ТРУБОПРОВОДОВ ПОДАЧИ
3.1. Влияние неныотоновских свойств среды на распределение гидродинамических параметров
3.2. Расчет плоского канала при повороте потока на
3.3. Моделирование турбулентности.
3.4. Моделирование сопряженного течения в круглой трубе с
учетом переменных реологических свойств.
4. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛОПЕРЕНОСА НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТИ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ НЕФТЯНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
4.1. Многодисциплинарный подход при оценке прочности, долговечности, ресурса ЭКНО
4.2. Термохимические проблемы при течении нефти и газа в ЭКНО. Наличие сероводородной среды.
4.3. Расчет запорной арматуры с учетом влияния температурного состояния сероводородной среды
4.3.1. К вопросу о критериях разрушения.
4.3.2. НДС и конечноэлементные расчеты шиберной задвижки
4.4. Оценка влияния сероводорода на прочность и долговечность
элементов конструкций.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Однако более сложные по структуре жидкости, например растворы и расплавы полимеров, дисперсные текучие системы (суспензии, эмульсии, пасты и др. Такие жидкости называют аномально-вязкими и объединяют под одним общим понятием - неныотоновские жидкости. Очевидно, что ньютоновские жидкости являются частным случаем этого общего понятия. Типичными неньютоновскими жидкостями являются растворы и расплавы полимеров, мазут, краски, пластичные смазки, битумы и гудроны, различные суспензии и многие другие широко распространенные продукты [1,7,]. Вязкие жидкости, для которых скорости деформации сдвига однозначно зависят от приложенных сдвиговых напряжений. Реологические характеристики этих жидкостей не зависят от времени и упругие эффекты в них не возникают. Такие жидкости называют чисто-вязкими. Жидкости, реологические характеристики которых зависят от времени. Для этих систем скорость деформации сдвига определяется как величиной, так и продолжительностью действия сдвиговых напряжений, а также предысторией течения жидкости. Вязкоупругие жидкости, которые проявляют упругое восстановление формы при снятии сдвиговых напряжений. Такие системы обладают одновременно свойствами текучести и упругости. Разбавленные растворы полимеров, проявляющие ряд аномальных по сравнению с ньютоновскими жидкостями свойств. К таким свойствам относится, например, значительное снижение сопротивления трения при турбулентном режиме течения. Рассмотрим более подробно каждую из этих групп [2,]. Величину то называют пределом текучести при сдвиге. Кривая течения для вязкопластичных жидкостей может быть линейной (кривая 2 рис. В этом случае жидкость называется вязкопластичной жидкостью Шведова-Бингама. Ряд вязкопластичных материалов обладает нелинейной кривой течения (кривые 3 и 4 рис. Предел текучести вязкопластичных тел т0 характеризует пластические свойства материала [6,,]. Поведение этих жидкостей обычно объясняют внутренней пространственной структурой, которая способна предотвращать течение до тех пор, пока приложенные сдвиговые напряжения меньше предела текучести. Если приложенные сдвиговые напряжения превышают предел текучести, то внутренняя структура полностью разрушается и материал ведет себя как жидкость. Структура вновь восстанавливается, когда сдвиговые напряжения становятся меньше предела текучести то. Псевдопластические жидкости [1,,] имеют нелинейную кривую течения, проходящую через начало координат (кривая 5 рис. Кривые течения удобно изображать в логарифмических координатах % Тух - %у []. Рис. В уравнении (1. Величину к называют мерой (показателем) консистенции жидкости [2,4]. Чем выше вязкость жидкости, тем меньше ее текучесть и тем больше к. Величину п называют показателем неныотоновского поведения жидкости: чем больше п отличается от единицы, тем отчетливее проявляется неныотоновское материала [,]. Для псевдопластичных систем п<1, для ньютоновских жидкостей, очевидно, п=1. Постоянные кип определяют путем специальных реометрических испытаний, а также путем анализа т. Как показывают данные этих испытаний [6,8,], влияние температуры на показатель неньютоновского поведения жидкости п в диапазоне температурных перепадов -° не превышает -%. Что касается показателя консистенции, то его зависимость от температуры качественно соответствует зависимости от температуры ньютоновской вязкости. Дилатантные жидкости, так же как и псевдопластики, имеют кривую течения, проходящую через начало координат (кривая 6 рис. Однако их кажущаяся вязкость ра с ростом скорости деформации сдвига возрастает [,]. Для описания дилатантных жидкостей пригодно в ряде случаев степенное реологическое уравнение (1. Однако п в этом случае больше единицы. Термин «дилатансия» означает увеличение кажущейся вязкости с ростом скорости сдвига. Дилатантное поведение смесей объясняется тем, что они в состоянии покоя имеют минимальный объем прослоек между твердыми частицами и жидкости хватает как раз для заполнения этих прослоек. При небольших скоростях сдвига жидкость служит смазкой при трении частиц друг о друга и вязкость такой системы невелика [2,,].