Презентация на тему "УПРАВЛЕНИЕ НЕФТЕГАЗОВЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ"

Содержание

• 
  Слайд 1

  УПРАВЛЕНИЕ НЕФТЕГАЗОВЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

  Томский политехнический университет Презентация учебного курса для студентов направления 21.04.01 «Нефтегазовое дело» (магистры) КАФЕДРА геологии и разработки нефтяных месторождений Подготовил проф. каф. ГРНМ Зятиков Павел Николаевич Институт природных ресурсов

• 
  Слайд 2
  

  ГИДРАВЛИЧЕСКИЕСОПРОТИВЛЕНИЯ Потери энергии (уменьшение гидравлического напора) можно наблюдать в движущейся жидкости не только на сравнительно длинных участках, но и на коротких. Режимы движения жидкости Рис. 4.1. Схема установки Рейнольдса Итак, ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные перемещения частиц жидкости. Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости. Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической υ кр.

• 
  Слайд 3
  

  Значение этой скорости прямо пропорционально кинематической вязкости жидкости и обратно пропорционально диаметру трубы. Входящий в эту формулу безразмерный коэффициент k, одинаков для всех жидкостей и газов, а также для любых диаметров труб. Этот коэффициент называется критическим числом Рейнольдса Reкр и определяется следующим образом: Физический смысл Re есть отношение сил инерции к силам вязкости. Кавитация В некоторых случаях при движении жидкости в закрытых трубах происходит явление, связанное с изменением агрегатного состояния жидкости, т.е. превращение ее в газ с выделением из жидкости растворенных в ней газов. Рис. 4.2. Схема трубки для демонстрации кавитации

• 
  Слайд 4
  
• 
  Слайд 5
  

  Если абсолютное давление при этом достигает значения равного давлению насыщенных паров жидкости при данной температуре или значения равного давлению, при котором начинается выделение из нее растворимых газов, то в данном месте потока наблюдается интенсивное парообразование (кипение) и выделение газов. Такое явление называется кавитацией. Таким образом, кавитация - это местное нарушение сплошности течения с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), обусловленное местным падением давления в потоке. Потери напора при ламинарном течении жидкости Распределения скоростей по поперечному сечению потока представляет собой параболоид вращения, а сечение параболоида осевой плоскостью - квадратичную параболу (рис.4.3). Рис. 4.3. Схема для рассмотрения ламинарного потока Уравнение, связывающее переменные υ и r, имеет следующий вид:

• 
  Слайд 6
  

  У стенок трубы величина r = R, , значит скорость υ = 0, а при  r = 0 (на оси потока) скорость будет максимальной Теперь определим расход жидкости при ламинарном течении в круглой трубе. Так как эпюра распределения скоростей в круглой трубе имеет вид параболоида вращения с максимальным значением скорости в центре трубы, то расход жидкости численно равен объему этого параболоида. Определим этот объем. Максимальная скорость дает высоту параболоида γ = ρ g Так как левая часть полученного равенства равна потерям напора hпот в трубе постоянного диаметра, то окончательно это равенство примет вид: Вейсбаха-Дарси где λ - коэффициент гидравлического трения, который для ламинарного потока вычисляется по выражению:

• 
  Слайд 7
  

  Потери напора при турбулентном течении жидкости Как было указано ранее, для турбулентного течения характерно перемешивание жидкости, пульсации скоростей и давлений. Если с помощью особо чувствительного прибора-самописца измерять пульсации, например, скорости по времени в фиксированной точке потока, то получим картину, подобную показанной на рис.4.4. Скорость беспорядочно колеблется около некоторого осредненного по времени значения υ оср, которое данном случае остается постоянным. Рис. 4.4. Пульсация скорости в турбулентном потоке Рис. 4.5. Характер линий тока в турбулентном потоке При турбулентном режиме движения жидкости в трубах эпюра распределения скоростей имеет вид, показанный на рис. 4.6

• 
  Слайд 8
  

  Рис. 4.6. Модель турбулентного режима движения жидкости Основной расчетной формулой для потерь напора при турбулентном течении жидкости в круглых трубах является уже приводившаяся выше эмпирическая формула, называемая формулой Вейсбаха-Дарси и имеющая следующий вид: Этот коэффициент зависит от числа РейнольдсаRe и от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости Δ/d (или Δ/r0, где r0 - радиус трубы). Впервые наиболее исчерпывающей работы по определению были даны И.И. Никурадзе, который на основе опытных данных построил график зависимости lg(1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r 0. Результаты этих исследований представлены на рис. 4.7, где построены кривые зависимости lg (1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r0. Прямая I соответствует ламинарному режиму движения жидкости

• 
  Слайд 9
  

  Рис. 4.7. График Никурадзе Первая область - область малых Re и Δ/r0, где коэффициент λ не зависит от шероховатости, а определяется лишь числом Re (отмечена на рис.4.7 прямой II ). Это область гидравлически гладких труб. Если число Рейнольдса лежит в диапазоне 4000

• 
  Слайд 10
  

  Рис. 4.7. График Никурадзе универсальная формула А.Д. Альтшуля: где Δэ = Δ/r0 - эквивалентная абсолютная шероховатость Третья область - область больших Re и Δ/r0, где коэффициент λ не зависит от числа Re, а определяется лишь относительной шероховатостью (область расположена справа от пунктирной линии). Это область шероховатых труб, в которой все линии с различными шероховатостями параллельны между собой. Эту область называют областью автомодельности или режимом квадратичного сопротивления, т.к. здесь гидравлические потери пропорциональны квадрату скорости.

• 
  Слайд 11
  

  Определение λ для этой области производят по упрощенной формуле Альтшуля: или по формуле Прандтля - Никурадзе: Таблица для определения коэффициента гидравлического трения

• 
  Слайд 12
  

  Местные гидравлические сопротивления 1. Внезапное расширение трубы. Потеря напора (энергии) при внезапном расширении русла расходуется на вихреобразование, связанное с отрывом потока от стенок, т.е. на поддержание вращательного непрерывного движения жидких масс с постоянным их обновлением Рис. 4.9. Внезапное расширение трубы Эта высота и есть местная потеря напора на расширение, которая определяется по формуле: Это выражение является следствием теоремы Борда

• 
  Слайд 13
  

  Выражение ( 1 - S1/S2 )2 обозначается греческой буквой ζ (дзета) и называется коэффициентом потерь, таким образом Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором (рис.4.10). Рис. 4.10. Постепенное расширение трубы Полную потерю напора в диффузоре рассматривают как сумму двух слагаемых:

• 
  Слайд 14
  

  Учитывая это полную потерю напора можно переписать в виде: откуда коэффициент сопротивления диффузора можно выразить формулой Рис. 4.11. Зависимость ζдиф от угла

• 
  Слайд 15
  

  Внезапное сужение Полная потеря напора определится по формуле где коэффициент сопротивления сужения определяется по полуэмпирической формуле И.Е. Идельчика: в которой n = S1/S2 - степень сужения. Внезапный поворот трубы (колено). Данный вид местного сопротивления (рис.4.15) вызывает значительные потери энергии, т.к. в нем происходят отрыв потока и вихреобразования, причем потери тем больше, чем больше угол δ. Потерю напора рассчитывают по формуле

• 
  Слайд 16
  

  Рис. 4.15. Рис. 4.16. Зависимости ζкол от угла δ Рис. 4.17. Отвод Потеря напора в колене определится как