7. Неизотермическое течение жидкостей в трубопроводе. Расчет трубопроводов при неизотермическом течении жидкости

1 – изотермическое ламинарное течение; 2 – нагревание вязкой нефти; 3 – охлаждение вязкой нефти.

Закон распределения температуры жидкости по длине трубопровода получен Жуковым в 1883 г., в основу которого заложена потеря теплоты от элементарного участка dx в единицу времени в ОС: (1), где - поверхность охлаждения элементарного участка, м³, - полный коэффициент теплоотдачи от жидкости в ОС, Вт/м²*⁰С, t – текущая температура жидкости.

При движении жидкости через рассматриваемый участок dx, жидкость охлаждается на dt ⁰С и теряет количество теплоты: (2), где - теплоемкость, Дж/кг*⁰С, G – массовый расход, кг/с. (1)=(2): - уравнение Шухова (закон распределения температуры жидкости по длине трубопровода).

В 1923 г. Лейбензон внес поправку в эту формулу, учтя работу трения потока жидкости, превращающуюся в теплоту, участвующую в тепловом балансе трубопровода: ; - поправка Лейбензона, - средний гидравлический уклон; Е – механический эквивалент теплоты (1 ккал=427 кгс*м=427*9,81 Н*м).

Закон изменения температуры на участке трубопровода, где происходит кристаллизация парафина, описывается формулой Черникина: ; - расстояние, на котором температура падает от t_н до t_п , - количество парафина, выделяющегося из нефти при понижении температуры от t_п до t (доли единицы); - любая температура, для которой известно ; x – скрытая теплота кристаллизации парафина.

8. Гидравлический расчет трубопроводов, транспортирующих вязкопластичные жидкости.

Реологические свойства нефти- зависимость вязкости нефти от изменения градиента скорости в трубе и напряжения сдвига (см. рис). Уравнение касательного напряжения сдвига по ньютону (при движении жидкости в круглой трубе): , где - касательное напряжение сдвига между двумя слоями жидкости, Па; F – сила, Н; S – площадь соприкосновения между двумя слоями жидкости, м², r – расстояние от оси трубы, м.

Наиболее распространенные неньютоновские жидкости те, которые подчиняются закону Шведова – Бингама: , где - минимальное касательное напряжение, привышение которого вызывает «страгивание» неньютоновской жидкости, Па; - кажущаяся (эффективная) вязкость неньютоновской жидкости, т.е. вязкость, зависящая от градиента скорости, Па*с.

Профиль скоростей при движении вязко – пластичных жидкостей в круглой трубе отличается от профиля ньютоновской жидкости. Напряжение сдвига убывает от стенки трубы к оси и на некотором радиусе движется в виде ядра, внутри которого скорость по сечению не изменяется: .

При структурном (ламинарном) течении вязкой жидкости, расход определяется по формуле Букенгема: или , где ; ; погрешность около 6%.

, где - параметр Илюшина. . Вязкость возрастает с ростом парафина.