1. Стационарный режим эксплуатации «горячего» трубопровода

3.Ламинарное течение жидкости. Потери напора при ламинарном течении жидкости. Критическое число Рейнольдса.

Ламинарное течение жидкости - упорядоченное течение жидкости или газа, при котором жидкость (газ) перемещается как бы слоями, параллельными направлению течения; т.е. отсутствует перемешивания между соседними слоями жидкости.

Ламинарное течение жидкости наблюдается или у очень вязких жидкостей, или при течениях, происходящих с достаточно малыми скоростями, а также при медленном обтекании жидкостью тел малых размеров.Внешний слой жидкости, примыкающий к поверхности трубы, в которой она течет, из-за сил молекулярного сцепления прилипает к ней и остается неподвижным. Скорости последующих слоев тем больше, чем больше их расстояние до поверхности трубы, при этом наибольшей скоростью обладает слой, который движется вдоль оси трубы. 

В частности, Л. т. имеют место в узких (капиллярных) трубках, в слое смазки в подшипниках, в тонком пограничном слое, образующемся вблизи поверхности тел при обтекании их жидкостью или газом, и др.

__

Число Рейнольдса, при котором происходит переход от одного режима движения жидкости в другой режим, называется критическим. При числе Рейнольдса наблюдается ламинарный режим движения, при числе Рейнольдса - турбулентный режим движения жидкости. Чаще критическое значение числа принимают равным, это значение соответствует переходу движения жидкости от турбулентного режима к ламинарного. При переходе от ламинарного режима движения жидкости к турбулентному критическое значение имеет большее значение. Критическое значение числа Рейнольдса увеличивается в трубах, сужаются, и уменьшается в тех, что расширяются. Это объясняется тем, что при сужении поперечного сечения скорость движения частиц увеличивается, поэтому тенденция к поперечного перемещения уменьшается.

__

Условия, при которых может происходить устойчивое, т. е. не нарушающееся от случайных возмущений, Ламинарное течение, зависят от значения безразмерного Числа РейнольдсаRe. Когда значение Re меньше критич. числа Re_кp, имеет место Л. т. жидкости; если Re>Re_кp, течение становится турбулентным. Значение Re_кp зависит от вида рассматриваемого течения. Так, для течения в круглых трубах Re_кp=2300 (если характерной скоростью считать среднюю по сечению скорость, а характерным размером — диаметр трубы). При Re_кp<2300 течение жидкости в трубе будет Л. т.

Для каждого вида течения существует такое число Re_кp(нижние критич. числоРейнольдса), что при любом Re<Re_кp Ламинарное течение является устойчивым и практически осуществляется. При Re>Re_кp, принимая особые мерыдля предотвращения случайных возмущений, можно тоже получить Ламинарное течение, но оно не будет устойчивым и, когда возникнут возмущения, перейдёт в неупорядоченное Турбулентное течение.Таким образом практически устойчивое Л. т. может иметь место или при сравнительно медленном течении достаточно вязкой жидкости или в очень тонких (капиллярных) трубках.

Число Рейнольдса– безразмерная величина, характеризующая режим течения жидкости:

• —плотностьсреды, кг/м³;

• —характерная скоростьпотока, м/с;

• —гидравлический диаметр(или l — характерный линейный размер), м;

• —динамическая вязкостьсреды, Н·с/м²;

• —кинематическая вязкостьсреды, м²/с ();

• —объёмная скорость потока;

• —площадь сечения трубы.

____________________________

Закон Пуазейля – закон, описывающий ламинарное течение жидкости через тонкие цилиндрические трубки.

Согласно закону, секундный объемный расход жидкости пропорционален перепаду давления на единицу длины трубки. Закон Пуазейля применим только при ламинарном течении и при условии, что длина трубки превышает так называемую длину начального участка необходимую для развития ламинарного течения в трубке.

где

• —перепад давленияна концах капилляра, Па;

• —секундный объёмный расход жидкости, м³/с;

• —радиускапилляра, м;

• —диаметркапилляра, м;

• —коэффициент динамической вязкости, Па·с;

• —длинакапилляра, м.

Формулой Пуазейля пользуются при расчетах показателей транспортировки жидкостей и газов в трубопроводах различного назначения. Ламинарный режим работы нефте- и газопроводов является наиболее выгодным в энергетическом отношении. Так, в частности, коэффициент трения при ламинарном режиме практически не зависит от шероховатости внутренней поверхности трубы (гладкие трубы).

____________________________

Потери напора при ламинарном течении жидкости

Как показывают исследования, при ламинарном течении жидкости в круглой трубе максимальная скорость находится на оси трубы. У стенок трубы скорость равна нулю, т.к. частицы жидкости покрывают внутреннюю поверхность трубопровода тонким неподвижным слоем. От стенок трубы к ее оси скорости нарастаю плавно. График распределения скоростей по поперечному сечению потока представляет собой параболоид вращения, а сечение параболоида осевой плоскостью - квадратичную параболу (рис.4.1).

Рис. 4.1. Схема для рассмотрения ламинарного потока

 

 

Уравнение, связывающее переменные υ и r, имеет следующий вид:

 

 

где P₁ и P₂ - давление соответственно в сечениях 1 и 2.

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

 

 

Как известно из геометрии, объем параболоида высотой h и площадью ρR² равен

 

 

а в нашем случае

 

 

Если вместо R подставить диаметр трубы d, то формула приобретет вид

 

 

Расход в трубе можно выразить через среднюю скорость:

 

 

откуда

 

 

Для определения потерь напора при ламинарном течении жидкости в круглой трубе рассмотрим участок трубы длиной l, по которому поток течет в условиях ламинарного режима (рис.4.1).

Потеря давления в трубопроводе будет равна

 

 

Если в формуле динамический коэффициент вязкости μ заменить через кинематический коэффициент вязкости υ и плотность ρ ( μ = υ ρ ) и разделить обе части равенства на объемный вес жидкости γ = ρ g, то получим:

 

 

Так как левая часть полученного равенства равна потерям напора h_пот  в трубе постоянного диаметра, то окончательно это равенство примет вид:

 

 

Уравнение может быть преобразовано в универсальную формулу Вейсбаха-Дарси, которая окончательно записывается так:

 

 

где λ - коэффициент гидравлического трения, который для ламинарного потока вычисляется по выражению:

 

 

Однако при ламинарном режиме для определения коэффициента гидравлического трения λ Т.М. Башта рекомендует при Re< 2300 применять формулу

 

4. Турбулентное течение жидкости. Потери напора при турбулентном движении жидкости. Критическое число Рейнольдса.

С увеличением скорости движения данной жидкости Л. т. в нек-рый момент переходит в турбулентное течение. При этом существенно изменяются все его св-ва, в частности структура потока, профиль скоростей, закон сопротивления. Турбулентное течение жидкости - течение жидкости или газа, при котором частицы жидкости , вследствие наличия в течении многочисл. вихрей, совершают неупорядоченные, хаотические движения по сложным траекториям, а скорость, температура, давление и плотность среды испытывают хаотические изменения. Отличается от ламинарного течения интенсивным перемешиванием, теплообменом, большими значениями коэффициент трения и пр.

Турбулентное течение жидкости наблюдаются при определенных условиях (при достаточно больших Рейнольдса числах )в трубах, каналах, пограничных слоях около поверхностей движущихся относительно жидкости или газа твёрдых тел, в следах за такими телами, струях, зонах перемешивания между потоками разной скорости, а также в разнообразных природных условиях.

Т. т. отличаются от ламинарных не только характером движения частиц, но также распределением осреднённой скорости по сечению потока, зависимостью средней или макс. скорости, расхода и коэф. сопротивления от числа Рейнольдса Re, гораздо большей интенсивностью тепло-имассообмена.Профиль осреднённой скорости Т. т. в трубах и каналах отличается от параболич. профиля ламинарных течений меньшей кривизной у оси и более быстрым возрастанием скорости у стенок.

Потери напора при турбулентном течении жидкости

 Как было указано выше, 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.4.2. Скорость беспорядочно колеблется около некоторого осредненного по времени значения υ _оср, которое данном случае остается постоянным.

Характер линий тока в трубе в данный момент времени отличается большим разнообразием (рис.4.3).

 

                         

Рис. 4.2. Пульсация скорости в турбулентном потоке.   Рис. 4.3. Характер линий тока в турбулентном потоке

 

 

При турбулентном режиме движения жидкости в трубах эпюра распределения скоростей имеет вид, показанный на рис. 4.4. В тонком пристенном слое толщиной δ жидкость течет в ламинарном режиме, а остальные слои текут в турбулентном режиме, и называются турбулентным ядром. Таким образом, строго говоря, турбулентного движения в чистом виде не существует. Оно сопровождается ламинарным движением у стенок, хотя слой δ с ламинарным режимом весьма мал по сравнению с турбулентным ядром.

 

Рис. 4.4. 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:

 

 

Различие заключается лишь в значениях коэффициента гидравлического трения λ. 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/r₀. Опыты Никурадзе были проведены на трубах с искусственно заданной шероховатостью, полученной путем приклейки песчинок определенного размера на внутренние стенки трубопровода. Результаты этих исследований представлены на рис. 4.5, где построены кривые зависимости lg (1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r₀.

Прямая I соответствует ламинарному режиму движения жидкости.

Далее на графике можно рассматривать три области.

Первая область - область малых Re и Δ/r₀, где коэффициент λ не зависит от шероховатости, а определяется лишь числом Re (отмечена на рис.4.5 прямой II ). Это область гидравлически гладких труб. Если число Рейнольдса лежит в диапазоне 4000 <Re< 10(d / Δ _э) коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса

 

 

Для определения существует также эмпирическая формула П.К. Конакова, которая применима для гидравлически гладких труб

 

 

 

Рис. 4.5. График Никурадзе

 

 

Во второй области, расположенной между линий II и пунктирной линией справа, коэффициент λ зависит одновременно от двух параметров - числа Re и относительной шероховатости Δ/r₀, которую можно заменить наΔ_э. Для определения коэффициента λ в этой области может служить универсальная формула А.Д. Альтшуля:

 

 

 

где Δ_э - эквивалентная абсолютная шероховатость.

 

Характерные значения Δ_э (в мм) для труб из различных материалов приведены ниже:

Стекло	0
Трубы, тянутые из латуни, свинца, меди	0…0,002
Высококачественные бесшовные стальные трубы	0,06…0,2
Стальные трубы	0,1…0,5
Чугунные асфальтированные трубы	0,1…0,2
Чугунные трубы	0,2…1,0

Третья область - область большихRe 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.

Определение λ для этой области производят по упрощенной формуле Альтшуля:

 

 

или по формуле Прандтля - Никурадзе:

 

 

Итак, потери напора, определяемые по формуле Вейсбаха-Дарси, можно определить, зная коэффициент гидравлического сопротивления, который определяется в зависимости от числа РейнольдсаRe и от эквивалентной абсолютной шероховатости Δ_э. Для удобства сводные данные по определению λ представлены в таблице 6.1.

Пользоваться приведенными в табл. 4.1 формулами для определения коэффициента λ не всегда удобно. Для облегчения расчетов можно воспользоваться номограммой Колбрука-Уайта (рис.4.6), при помощи которой по известнымRe и Δ_э/ d весьма просто определяется λ.

 

Таблица 4.1

Таблица для определения коэффициента гидравлического трения

 

 

Рис. 4.6. Номограмма Колбрука-Уайта для определения коэффициента гидравлического трения

 

Местные гидравлические сопротивления

Все гидравлические потери энергии делятся на два типа: потери на трение по длине трубопроводов и местные потери, вызванные такими элементами трубопроводов, в которых вследствие изменения размеров или конфигурации русла происходит изменение скорости потока, отрыв потока от стенок русла и возникновение вихреобразования.

В зависимости от соотношения потерь напора по длине и местных потерь напора различают длинные и короткие трубопроводы. В коротких трубопроводах местные потери напора соизмеримы с потерями по длине, и в расчете необходимо учитывать оба вида потерь напора. Практически можно считать трубопровод коротким, если местные потери напора составляют более 5-10% потерь по длине. В противном случае трубопровод называется длинным.

Простейшие местные гидравлические сопротивления можно разделить на расширения, сужения и повороты русла, каждое из которых может быть внезапным или постепенным. Более сложные случаи местного сопротивления представляют собой соединения или комбинации перечисленных простейших сопротивлений.

Рассмотрим простейшие местные сопротивления при турбулентном режиме течения в трубе.

1. Внезапное расширение. 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. 4.7. Внезапное расширение трубы

 

 

При внезапном расширении русла (трубы) (рис.4.7) поток срывается с угла и расширяется постепенно, причем в кольцевом пространстве между потоком и стенкой трубы образуются вихри, которые и являются причиной потерь энергии. Рассмотрим два сечения потока: 1-1 - в плоскости расширения трубы и 2-2 - в том месте, где поток, расширившись, заполнил все сечение широкой трубы. Так как поток между рассматриваемыми сечениями расширяется, то скорость его уменьшается, а давление возрастает. Поэтому второй пьезометр показывает высоту на ΔH большую, чем первый; но если бы потерь напора в данном месте не было, то второй пьезометр показал бы высоту большую еще на h_расш. Эта высота и есть местная потеря напора на расширение, которая определяется по формуле:

 

 

где S₁, S₂ - площадь поперечных сечений 1-1 и 2-2.

Это выражение является следствием теоремы Борда, которая гласит, что потеря напора при внезапном расширении русла равна скоростному напору, определенному по разности скоростей

 

 

Выражение ( 1 - S₁/S₂ )² обозначается греческой буквой ζ (дзета) и называется коэффициентом потерь, таким образом

 

 

 

Полученное выражение часто называют формулой Вейсбаха. Значения коэффициентов местных сопротивлений обычно находят экспериментально, некоторые из них приведены в справочных материалах.

 

2. Внезапное сужение. В этом случае потеря напора обусловлена трением потока при входе в более узкую трубу и потерями на вихреобразование, которые образуются в кольцевом пространстве вокруг суженой части потока (рис.4.8).

 

Рис. 4.8. Внезапное сужение трубы

 

 

Полная потеря напора определится по формуле:

 

 

где коэффициент сопротивления сужения определяется по полуэмпирической формуле И.Е. Идельчика:

 

 

в которой n = S₁/S₂ - степень сужения.

При выходе трубы из резервуара больших размеров, когда можно считать, что S₂/S₁ = 0, а также при отсутствии закругления входного угла, коэффициент сопротивления   ζ_суж = 0,5.

2.Проектирование и эксплуатация мт в условиях диверсификации направлений поставок нефти и газа

1. Дать определение диверсификации. Назвать основные цели диверсификации.

2. Назвать и пояснить методы диверсификации производств.

Дать определение диверсификации. Назвать основные цели диверсификации.

Диверсифика́ция (новолат.diversificatio — изменение, разнообразие; от лат.diversus — разный и  facere — делать) — расширение ассортимента выпускаемой продукции и переориентация рынков сбыта, освоение новых видов производств с целью повышения эффективности производства, получения экономической выгоды, предотвращения банкротства. Чем больше разнообразие, тем больше диверсификация. Это важная инвестиционная  концепция. Наибольший эффект от диверсификации достигается добавлением активов различных классов, отраслей, регионов таким образом, чтобы падение стоимости одного актива компенсировалось ростом другого.

Диверсификация применяется с целью повышения эффективности производства, получения экономической выгоды и предотвращения банкротства.

___________________________

Цели: 1.Экономическая стабильность и финансовая устойчивость. 2.Прибыль. 3. Конкурентоспособность.

Специфические цели, поставленные для некоторых определенных ситуаций, могут быть сгруппированы в три основные категории: цели роста, которые должны способствовать регулированию баланса в условиях благоприятных тенденций; цели стабилизации, предназначенные для защиты от неблагоприятных тенденций и предсказуемых явлений, цели гибкости - все для усиления позиции компании в случае непредсказуемых событий. Диверсификационное направление, необходимое для одной из целей, может совершенно не подходить для другой.

Мотивы: 1.Технико-технологические. Желание более полно загрузить производственные мощности и сохранить производственный потенциал. Альтернативные варианты использования сырья, материалов, технологий. Незанятость и неполное использование ресурсов. 2.Экономические. Перенакопление капитала в традиционных отраслях производства и поиск новых сфер приложения капитала. Расширение доли рынка, завоевание новых рынков, извлечение синергического эффекта. Экономия на масштабах деятельности. Экономическая ограниченность ресурсов. 3.Финансовые. Распределение рынков между большим объемом производства. Финансовая стабильность. 4.Социальные. Сохранение рабочих кадров. Создание новых рабочих мест. Удовлетворение иных потребностей. Инновационная политика менеджеров. 5.Стратегические. Приспособление к конъюнктуре рынка. Противодействия колебаниям конъюнктуры. Страхование будущего предприятия. Антимонопольное законодательство. Слияния и поглощения. Государственный заказ.

___________________________

 Диверсификация производства — это процесс вынужденного проникновения специализированных компаний в новые для себя сферы и виды экономической деятельности с целью обеспечения стабильных и устойчивых условий функционирования в нестабильной среде. 

Диверсификация делится на 2 типа — связанная и несвязанная. Связанная диверсификация представляет собой новую область деятельности компании, связанную с существующими областями бизнеса (например, в производстве, маркетинге, материальном снабжении или технологии). Несвязанная (латеральная) диверсификация — новая область деятельности, не имеющая очевидных связей с существующими сферами бизнеса.

Связанная диверсификация делится на вертикальную и горизонтальную. Вертикальнаяозначает производство продуктов и услуг на предыдущей или следующей ступени производственного процесса. То есть производитель готовой продукции начинает либо производить для неё комплектующие, либо выходит на рынок продукции или услуг ещё более высокой переработки. Горизонтальная — производство продуктов на той же ступени производственной цепочки.

Главная функция диверсификации производства — адекватное приспособление к изменениям внешней среды, и трансформируется она в конкретные цели структурной политики, определяемые потребностью рынка в  том или ином виде продукции, работ и услуг.

Назвать и пояснить методы диверсификации производства.

Методы диверсификации находятся в жесткой зависимости с бизнесом и управлением. Диверсификация требует такой степени гибкого подхода, что в самом начале планирования деятельности не следует исключать ни одного из них. Каждый случай диверсификации требует соответствующего подхода и анализа, но одновременно должны быть рассмотрены все возможные методы. Программы по диверсификации могут содержать один из ниже перечисленных методов: Весь существующий персонал, а также оборудование должны использоваться для достижения в дальнейшем большего разнообразия товаров и услуг. Этот метод вполне естествен для компаний, персонал которых пропитан духом исследований. Повышение производительности происходит за счет увеличения количества оборудования и качества организации, что, как правило, ведет к увеличению ассортимента продукции. Фирма, занятая в определенной сфере деятельности, поглощается путем покупки либо за наличные, либо за акции, либо за их комбинацию. Центральные корпоративные функции распространяются и на новый отдел, и на навыки и опыт управления поглощенной компании и начинают работать в целом и на вновь образовавшуюся компанию. Объединение компаний приблизительно одинакового размера и рода деятельности. Заинтересованностьв какой-либо компании, которая проявляется как непосредственное участие либо как контроль над другой компанией, но тем не менее присоединившаяся компания продолжает функционировать как независимая структура. Весь процесс вовлечения наличных денег, управленческого таланта, технических навыков, патентов и других ресурсов должен протекать таким образом, чтобы компания смогла извлечь из этого определенные виды преимуществ, к примеру гарантированные поставки сырья и доходы по инвестициям, определенные выгоды от сотрудничества с другими фирмами. В некоторых случаях компании могут образовывать новую корпорацию. Оказание поддержки оператору или потребителю в изменении диверсификации или в расширении их деятельности. По большому счету потребности покупателя в санаторно-курортном комплексе можно охарактеризовать как существенно способствующий диверсификации фактор.

Все приведенные варианты невозможно привести со всеми подробностями, так как каждой диверсификационной ситуации присущи различные аспекты. Диверсификация охватывает широкий спектр возможностей, варьируясь от довольно ограниченного вторжения в новую область производства только внутри данной страны ("узкая" диверсификация) до широкого вторжения в производственные сферы других стран ("широкая" диверсификация). Прежде всего, при рассмотрении этой проблемы следует провести довольно простой анализ этого спектра. Согласно этому, мы имеем то, что принято называть "вертикальной интеграцией", когда компания использует часть ресурсов для того, чтобы образовать или приобрести организации, которые будут поставлять необходимые материалы и сырье для данной фирмы и/или будут обеспечивать рынки сбыта для продукции этой фирмы.

___________

В целом существуют три типа диверсификационных возможностей: каждый продукт, предлагаемый компанией, должен состоять из функциональных компонентов, частей и основных материалов, которые впоследствии будут составлять единое целое. Обычно в интересах производителя покупают большую долю этих материалов у внешних поставщиков. Одним из хорошо известных путей диверсификации является вертикальная диверсификация, она характеризуется расширением и разветвлением компонентов, частей и материалов. Возможно, самым ярким примером вертикальной диверсификации является империя Форда во времена самого Генри Форда. На первый взгляд вертикальная диверсификация может показаться несовместимой с нашим определением стратегии диверсификации. Однако соответственные миссии, которые должны выполнять эти компоненты, части и материалы, существенно отличаются от миссии целого конечного продукта. Более того, технология разработки и производства этих частей и материалов, вероятно, также существенно отличается от технологии производства конечного продукта. Таким образом, вертикальная диверсификация подразумевает и приобретение новых миссий, и введение в производство новой продукции; другой возможный вариант - горизонтальная диверсификация. Ее можно охарактеризовать как введение новых продуктов тогда, когда они никаким образом не соответствуют существующей номенклатуре продукции, и приобретают миссии, которые соответствуют ноу-хау компании и ее опыту в технологии, финансах и маркетингу; также возможно благодаря боковой диверсификации выходить за пределы отрасли, в которой функционирует компания. Если вертикальная и горизонтальная диверсификации, по сути, являются сдерживающими (в том смысле, что они ограничивают сферу интересов), то боковая диверсификация, наоборот, способствует ее расширению. Этим самым компания заявляет о своем намерении изменить свою существующую рыночную структуру.