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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182

называют критическими Фкр.1. Величина Ф остается постоянной

по поперечному сечению ламинарного потока

dф/dx = dф/dy = 0; ф = const. (1.110)

Тангенс угла наклона эпюры момента возмущения или сопротивления можно выразить через величину потерь напора J и площадь сечения потока S

tg ф = JS = const. (1.111)

При изменении режимов движения меняется радиус зоны ламинарного потока согласно условию

tg фм/tg ф = Гм/Г. (1.112)

По мере возрастания внешней нагрузки с увеличением скорости в ламинарном потоке в направлении его оси симметрии уменьшается вязкость ц согласно условиям (1.104) и (1.105). Уменьшение вязкости свидетельствует о разрушении структурных связей. Уменьшение вязкости возможно только до некоторого предельного критического уровня (молекулярного или какого-то другого), обусловленного условиями движения, температурой, типом жидкости и т.д. С увеличением скорости до некоторых критических значений в направлении оси потока вязкость уменьшается и достигает критических значений, ниже которых она не уменьшается.

Критических значений вязкость жидкости при увеличении скорости достигает сначала в центре симметрии потока. Дальнейшее увеличение внешней нагрузки приводит к увеличению скорости потока в центральных сечениях больше критических, однако вязкость, соответствующая этим скоростям, остается постоянной и равной критической или минимально возможной для данных условий.

Таким образом, при определенных скоростях потока, больших критических v > vкр.2, соответствующих им давлениях J > Jкр.2 и

углах трения ф > фкр.2 нарушается закон постоянного произведения градиента скорости на градиент вязкости

dvvd 0; VxMx Ф const; (1.113)

dx dx

dvd Ф 0; V,.M Ф const. (1.114)

dy dy

В потоке образуется зона повышенного давления по сравнению с давлением в зонах ламинарного потока и деформации, ко-

торая обусловлена повышенными скоростями движения жидкости в ядре. В зоне ядра из-за невозможности уравновешивания давления при росте скорости за счет уменьшения вязкости образуется уплотненная область, законы трения в которой качественно отличаются от законов трения в зонах деформации и ламинарного потока.

Качественное отличие трения или сопротивления перемещению одного слоя жидкости относительно соседнего в области ядра потока заключается в том, что сила трения начинает расти быстрее, чем первая степень скорости потока и выражение (1.103), справедливое для ламинарной фазы, неудовлетворительно описывает процесс. Быстрый рост сил трения в ядре потока с ростом скорости обусловливает непостоянство давления в поперечном сечении трубы или капилляра (рис. 1.20).

Фаза развития движения, при которой давление в поперечном сечении потока перестает быть постоянным

dJ/dx Ф const; dJ/dy = const, (1.115)

в литературе получила название турбулизации потока или возникновение турбулентного режима течения. Для турбулентного режима характерно наличие и изменение поперечных составляющих скорости, а также изменение величины продольной скорости во времени

dv/dx > 0; dv/dy > 0; (1.116)

dv/dz > 0. (1.117)

Развитие турбулентного режима, или третьей фазы движения, при увеличении интенсивности внешнего воздействия происходит от оси симметрии потока в направлении границ по мере

Рис. 1.20. Эпюра распределения давления по поперечному сечению потока:

а - при второй фазе движения (ламинарный поток); б - при развитии третьей фазы движения (турбулентный поток); 1 - область деформации; 2 - область ламинарного потока; 3 - переходная область; 4 - область турбулентного потока

уменьшения вязкости до критических значений от центра к границам потока.

Скорости, при которых вязкость уменьшилась в центре потока до критических значений и начинается турбулизация, считаются критическими. Можно говорить о критическом давлении Jкр.2, при котором возникает турбулизация потока. Однако полученные значения Jкр.2 справедливы только для определенных капилляров или труб с заданными геометрическими характеристиками.

Таким образом, в поперечном сечении потока при J > Jкр.2 и v > vкр.2 существуют две области с разными давлениями, причем

зона повышенного давления расположена в центральных сечениях потока, а зона пониженного - в периферийных. Давление в зоне турбулентного потока должно урегулироваться с давлением в зонах ламинарного потока и деформации. Зона между ламинарной и турбулентной областями, в которой происходит урегулирование давления, играющая роль своеобразного шлюза, носит название переходной зоны (см. рис. 1.20). Урегулирование давления в переходной зоне происходит за счет вихревого движения. Действительно, вращение вихря создает в потоке определенную силу, которая называется в литературе подъемной силой или силой Магнуса - Жуковского, обусловливающую определенную величину давления от границ потока к центру. При закручивании вихря от границ потока к центру вихрь создает определенное поле давления Jв, величину которого можно определить из отношения подъемной силы Fж к площади вихря 5в (рис. 1.21). Подъемная сила легко определяется из теоремы Жуковского.

Рис. 1.21. Принципиальная схема урегулирования более высокого давления в центральных сечениях потока с более низким в периферийных сечениях за счет создания поля вихревого давления при образовании в переходной области вихревого движения. Обозначения см. рис. 1.20