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

Рис. 1.25. Эпюра моментов сопротивления (р1 < р2 < рз)

Потери напора в турбулентном ядре с уравнениями (1.106) -(1.108)

Jт Jкр.2 SяГ(Г" " ядм) , (1.120)

S яд(гм гяд)

где Jт - потери напора в турбулентном ядре исследуемого потока; 5яд - площадь ядра исследуемого турбулентного потока; гяд -радиус канала; гяд,м - радиус ядра турбулентного потока; Jкр.2 -

критическое давление, при котором осуществился переход от ламинарного к турбулентному режиму движения с площадью ядра гяд,м и размахом гм на ранее исследуемой модели

tg ф < tg ф2кр = (Гм - Гяд.м)/(Г - Гяд), (1.121)

где ф - угол наклона эпюры моментов к поперечной оси симметрии исследуемого потока; фкр - критический угол наклона эпюры моментов к поперечной оси симметрии потока на модели, при котором образовалось ядро турбулентного потока радиуса Гяд,м размаха 2гяд,м.

Потери напора в области деформации и ламинарного потока составят по аналогии с уравнением (1.108).

Jл Jкр.l -л, (1.122)

где -л - площадь кольцевой области ламинарного потока и зоны

деформации, ограниченная стенками потока и переходной областью, расстояние между которыми гл.

Потери напора в переходной между ламинарной и турбулентной областями движения с достаточной степенью приближения можно определить на основании средней величины угла наклона эпюр моментов для ламинарной и турбулентной областей. Это допущение вполне корректно, так как переходная область компенсирует давление в турбулентной и ламинарной областях друг с другом и поэтому принимает промежуточные, средние значения

tg фп = (tg Фл + tg фт)/2; (1.123)

Jп = (JтSяд + JлSл)/Sп, (1.124)

где фл, фт - угол наклона эпюры моментов к поперечной оси потока для зоны соответственно ламинарного и турбулентного потоков; Sп - площадь кольцевой области переходного режима между ламинарной и турбулентной областями.

Суммарные потери напора при турбулентном режиме [см. выражения (1.120), (1.121) и (1.124)]

J = Jт + Jл + J п = J кр.2

Sяд.м(гм гяд.м) кр2 Sяд(г - гяд)

+Jкр.l Ssл + JтSядS JлSл. (1.125)

Для оперативного определения потерь напора при движении жидкости по предложенной методике целесообразно строить номограммы режимов потока и площадей зон деформации, ламинарного, переходного и турбулентного потоков для разных параметров труб и капилляров, что значительно упростит расчеты. Потери напора прямо не зависят от шероховатости труб. Обычно в гидравлике принимают коэффициент сопротивления как функцию шероховатости, износа труб и т.д. Однако такое предположение ошибочно. Дело в том, что шероховатость влияет на величину потерь напора только косвенно, за счет увеличения площади зоны деформации и ламинарного подслоя и соответственно увеличения углов трения и моментов сопротивления в центральных сечениях потока при заданном расходе.

Принцип саморегулирования системы в этом случае проявляется в следующем. У больших уступов шероховатостей на границах потока создается градиент деформации и соответствующая толщина зоны деформации и ламинарного подслоя, при которых на транспортировку данного объема жидкости при известных внешних факторах затрачивается минимальная энергия. В случае

создания течения у шероховатости потери напора в пристенной области резко возрастут и нарушится равновесие системы. Поэтому при увеличении масштаба шероховатости меняется только величина зоны деформации и заданный расход приходится на меньшее реальное поперечное сечение потока. В выражениях (1.123) и (1.109) шероховатость учитывается радиусом зоны ламинарного течения, который увеличивается с ростом шероховатости и мощности зоны деформации.

С увеличением внешней нагрузки и скоростей движения потока турбулентный режим будет интенсифицироваться и превалировать над ламинарным. При некоторых значениях внешней нагрузки система перестает быть устойчивой из-за нарушения сплошности потока, принципа постоянства массы по сечениям потока и появления кавитации. Очевидно, что такая система при заданных внешних факторах становится энергетически более выгодной. Однако из-за специфики движения двухфазных сред, которая наблюдается при кавитации, переход от турбулентного режима к кавитационному режиму рассмотрен не будет.

Итак, из приведенного анализа можно сделать следующие выводы.

Система движущейся жидкости считается саморегулируемой. Саморегулируемость ее заключается в том, что при определенной величине и характере внешних воздействий система принимает определенное энергетическое состояние, занимает определенный энергетический уровень, который при данной нагрузке наивыгоднейший.

С интенсификацией внешней нагрузки на систему жидкости она принимает различные энергетические состояния, соответствующие режимам деформации, развития ламинарного потока, развития турбулентного потока и развития навигационного течения. С переходом на новый энергетический уровень сложность системы возрастает.

На первой, начальной фазе развития движения (фаза деформации) саморегулирование системы заключается в том, что в поперечном сечении не формируется ослабленных или усиленных к разрушению участков, а создается равновесная поверхность деформации. С интенсифицирующей внешней нагрузкой увеличивается момент сил сопротивления, при этом вязкость жидкости остается постоянной. Саморегулирование системы в фазе упругой деформации осуществляется за счет компенсации внешней нагрузки силами сопротивления жидкости.

На второй фазе развития движения (фаза ламинарного потока) создается равновесная в поперечном сечении система. Зона деформации (у периферии) и зона ламинарного потока (в цен-