Применение термодинамики к задачам трубопроводного транспорта

Б. В. Колосов

Аннотация


Традиционная гидродинамика, основанная на теории Навье-Стокса, как известно, встречается с большими трудностями при описании турбулентности. В результате на практике приходится применять эмпирические формулы. Более того, даже при ламинарном течении в микрокапиллярах в ряде опытов обнаружены отклонения от этой теории. Недавно, на основе термодинамики неравновесных процессов предложена модель анизотропной жидкости. Согласно этой модели, в жидкости кроме обычного, ньютоновского переноса импульса, существует второй, названный тепловым. За счет этого стало возможным дать новое определение турбулентности и объяснить её возникновение. В настоящей работе продолжается развитие этой модели, за счет более подробного рассмотрения течения непосредственно возле поверхности тела. Это позволило уточнить предыдущие вычисления и показать, что на некотором расстоянии от поверхности происходит скачок скорости, который объясняет существование работы касательных напряжений. Такой результат соответствует выявленным ранее особенностям диссипативного нагрева жидкости при течении в трубопроводе. Показано влияние числа Прандтля на гидродинамическое сопротивление легких и тяжелых нефтей. Дан теоретический вывод формулы гидравлического сопротивления гладких труб при развитом турбулентном движении. По сравнению с известной формулой Прандтля ее можно применять и для глинистых растворов. При этом нет необходимости вычислять обобщенный критерий Рейнольдса. Определяющим параметром является число Пекле. Приведена теоретическая оценка предельной величины снижения сопротивления при наличии в потоке высокомолекулярных добавок. Также показано, что механизм снижения сопротивления заключается не в подавлении существующей в потоке турбулентности, а в задержке ее наступления.

Ключевые слова


continuous medium;drag reduction;frictional stress;Newtonian;non-Newtonian behavior;Peklet number.;the molecular-kinetic theory;молекулярно-кинетическая теория;напряжение трения;неньютоновское поведение;ньютоновское;снижение сопротивления;сплошная среда;число Пекле.

Полный текст:

PDF

Литература


1 Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. 758с.

2 Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Мир, 1974. 711с.

3 Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. Т.6.736 с.

4 Колосов Б.В. О тепловых расчетах газонефтепроводов // Газовая промышленность. 2013. № S692 (692). С. 86-90

5 Колосов Б.В. О нелинейных процессах в динамике жидкостей // Труды Второй международной научно-технической конференции. «Актуальные проблемы фундаментальных наук». Т.З. «Физические науки в техносфере». М.: Техносфера-Информ, 1994. С. А87-А92.

6 Колосов Б.В. К вопросу об отклонениях от законов Пуазейля, Дарси для простых жидкостей. // Нефтегазовое дело: электрон. жур. 2011. №2. С. 269-278

7 Колосов Б.В., Ларин П.А. Моделирование неньютоновских свойств жидкости // Нефтегазовое дело: электрон. науч. журн. 2013. №2. С. 450-460.

8 Дьярмати И. Неравновесная термодинамика. М.: Мир, 1974. 304с.

9 Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности М.: Изд. Ин. Литературы. 1962. 203 с.

10 Кадер Б.А., Яглом А.М. Законы подобия для пристенных турбулентных течений. Итоги науки и техники ВННИТИ. Сер. Механика жидкости и газа. 1980. Т.15. С.81-155.

11 Снижение гидродинамического сопротивления при течении углеводородных жидкостей в трубах противотурбулентными присадками / Гольянов А.И. [и др.] // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2012. №2. С. 80-87.

12 Валиев М.И., Жолобов В.В., Тарновский Е.И. К вопросу о механизме действия высокомолекулярных, полимерных, противотурбулентных присадок // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2013. № 3. С. 18-26.

13 Хойт Д.У. Влияние добавок на сопротивление трения в жидкости. Труды ASME, серия Д. 1972. Т. 94. № 2. С.1-31

14 Седов Л.И., Васецкая Н.Г., Иоселевич В.А. О расчетах турбулентных пограничных слоев с малыми добавками полимеров: сб. «Турбулентные течения», М.: изд-во «Наука» 1974. С. 205-220.

15 Лейбензон Л.С. Собрание трудов. Нефтепромысловая механика. М.: АН СССР.1955. Т.З. 679 с.

16 Колосов Б.В. О гидравлическом сопротивлении при турбулентном движении жидкостей // Современные проблемы промысловой механики. Уфа: 1984. С. 95-103.

17 Есьман Б.И. Термогидравлика при бурении скважин. М.: Недра, 1982. 247с.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2014-1-534-564

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.