Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

где Vx-скорость слоя параллельно пластинкам; Va-скорость движения подвижной пластинки; а - расстояние между пластинками; X - расстояние слоя жидкости, обладающей скоростью Vxt ОТ неподвижной пластинки.

Производная от скорости по расстоянию, т. е. величина

называется градиентом скорости. Размерность этой величины Т-. При ламинарном движении вязкой жидкости в трубе устана-

Фиг. 4. Распределение скоростей в жидкости между двумя параллельными пластинками, одна из которых неподвижна, а вторая смещается вдоль первой.

вливается параболическое распределение скоростей с максимумом вдоль центральной оси трубы (фиг. 5, а). Скорость жидкости у стенок равна нулю.

Характер распределения скоростей в ламинарном потоке объясняется тем, что сдвиг одного слоя по отношению к другому ветре-

Фиг. 5. Распределение скоростей по поперечному

сечению труб.

а - ламинарное течение; б - турбулентное течение.

чает тангенциальное сопротивление за счет сил внутреннего трения жидкости.

Сопротивление сдвига оказывается пропорциональным скорости сдвига, а не силе сдвига, как у твердых тел. В этом заключается одна из особенностей течения, выделяющая ее из других типов деформации.

Закон течения Ньютона связывает тангенциальную силу, приложенную к жидкости (см. фиг. 4), и сопротивление стационарному течению жидкости:

(1.6)

где 5 -площадь, к которой приложена сила Ft.

§ 1. Силы И ДЕФОРМАЦИИ. ТЕЧЕНИЕ

Относя силу К единице площади из уравнения Ньютона, получаем для тангенциального напряжения

(1,7)

откуда

Фиг. 6. Обтекание тела жидкостью.

а - прк турбулентном течении; б - при ламинарном

течении.

Величина fj представляет собой коэфициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости. Эта величина называется коэфициенгом вязкости, коэфициентом внутреннего трения, динамической вязкостью или просто вязкостью. Вязкость является мерой внутреннего трения жидкости. Она обусловливается тангенциальными напряжениями, возникающими в текущей жидкости. Количественно т] равно отношению тангенциального напряжения к градиенту скорости течения. В отличие от других факто-

где d -диаметр трубы или другого русла, через которые протекает жидкость.

Опытным путем установлено, что в трубах этот переход обычно осуществляется при Re > 2400-2600. Однако известны случаи [18, 19], когда турбулентность нормальных жидкостей начинается при меньших значениях Re.

При турбулентном течении часть напора расходуется на образование вихрей. Законы, связывающие внутренние и внешние силы турбулентного потока, отличаются от законов для ламинарного течения. Величина Re является одним из основных показателей состояния потока реальной жидкости. В гидравлике установлен ряд эмпирических зависимостей, связывающих скорость течения, сопротивление и другие величины с этим числом [8, 25].

При течении некоторых тел наблюдается пристенное скольжение, заключающееся в более быстром росте скорости у стенок, между которыми течет жидкость, чем в остальной части потока, В последней распределение скорости может соответствовать ламинарному течению, однако обычно пристенное скольжение наблюдается при более сложной стрзтуре потока.

Скольжение имеет место, с одной стороны, в случае консистентных смазок [20], а, с другой, -при движении нефтяных газов. В отличие от турбулентности описанное явление приводит к увеличению отношения расхода к напору по сравнению с ламинарным течением в тех же условиях. Механизм пристенного скольжения и его причины рассмотрены в работах Д. М. Толстого [16].

4. Деформация и превращение энергии. Выше в общих чертах было рассмотрено взаимодействие сил, обусловливающих деформацию и течение, а также кинематика этих процессов.

ров сопротивления течению жидкостей вязкость, обусловленную внутренним трением и входящую в уравнение (I, 6), часто называют ньютоновской вязкостью.

Термином вязкость польззоотся для наименования величины коэфициента внутреннего трения и одновременно для наименования свойства жидкостей и газов, противоположного подвижности. Это не совсем удобно, но этот термин в обоих смыслах широко применяется в науке и технике (в частности в области производства и применения нефтепродуктов).

При больших скоростях потока ламинарное течение становится неустойчивым, слои перемешиваются и в потоке появляются вихри, т. е. ламинарное течение переходит в турбулентное. Распределение скоростей в турбулентном потоке отличается от распределения скоростей при ламинарном течении; в частности, в трубе скорости быстро растут у стенок и мало меняются в средней части трубы (фиг. 5, б).

Переход от ламинарного потока к турбулентному определяется критическим значением числа Рейнольдса