一维圆管流动课件

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1、第八章一维圆管流动1/282/28圆管流动圆管流动普遍存在于钻井、固井、水力压裂、采油和油气集输等石油工程实践中，因此，圆管流动的水力计算在石油工程中显得非常重要。本章主要介绍流体力学的基本理论在工程实际中的一些应用，即一维圆管流动、管路水力计算，以及管路水击现象。3/28第一节流态及流态转化准则雷诺实验中的层流与湍流流动现象=4/28第一节流态及流态转化准则从层流变化到湍流时的雷诺数从湍流变化到层流时的雷诺数下临界雷诺数上临界雷诺数流动为层流；流动为不稳定的过渡状态；流动为湍流理论判据工程判据上临界雷诺数没有实用意义.一般将下临界雷诺数作为流态的判

2、别依据一般情况下，把下临界雷诺数取为20005/28第二节圆管流动基本方程质量守恒方程积分形式动量方程能量守恒方程第二节圆管流动基本方程—能量方程三维正压流体机械能方程管流机械能方程代入不可压缩流体伯努力方程一般流体伯努力方程8/289/28第二节圆管流动能量方程_分析10/28第三节圆管中沿程水头损失水头损失沿程阻力系数层流湍流11/28第三节尼古拉兹曲线分析12/28第三节阻力系数计算方法1．层流区(ab段)2．层流向紊流的过渡区（bc段）无合理的经验公式,只能查图表3．紊流区3.1水力光滑动区3.2紊流水力粗糙管过渡区(cd-df区间)3.3紊

3、流粗糙管平方阻力区(ef线以右)13/28第三节工业管道阻力系数尼古拉兹曲线是在人工粗糙的管道上进行实验的工业管道的内壁粗糙度分布很不均匀,工业管道计算采用莫迪图方法常用工业管道的当量绝对粗糙度见表8.114/28第三节作业〖例8-2〗〖例8-3〗15/28第四节局部水头损失_现象对于圆管流动，水头损失除了圆管流动阻力外，还有由于流体横截面或流线方向的突然改变、加速或降速、流动脱离管壁或其它界面等情况引起的水头损失。任何速度场的扰动都是由动量传递来平衡的，而这种动量传递会引起能量的损失，也就是说凡是改变一维定常流动形态的原因均会引起局部水头损失。例如

4、常见的弯头、三通、水表、变径段、进出口、过滤器、溢流阀、节流阀和换向阀等。16/28第四节局部水头损失_机理局部装置的类型繁多，情况各异，但产生损失的物理现象却也有类似之处。在局部装置处常出现涡旋区和速度重新分布.17/28第四节局部水头损失_计算方法局部水头损失为局部阻力系数说明:如果局部装置是装在等径管路中间，当然局部阻力系数只有一个。如果局部装置是装在两种直径的管路中间，例如像突然扩大管那样，则会出现两个局部阻力系数18/28第四节局部水头损失_几种常见局部阻力1．管道截面突然扩大2．圆管截面逐渐扩大、19/28第四节局部水头损失_几种常见局部

5、阻力3．圆管截面突然缩小表8.3、0.010.100.200.300.400.500.600.700.800.901.000.6180.6240.6320.6430.6590.6810.7120.7550.8130.8921.000.980.9820.9840.9860.9880.9900.9920.9940.9960.9981.000.490.4580.4210.3770.3240.2640.1950.1260.0650.020.04．圆管截面逐渐缩小20/28第四节局部水头损失_几种常见局部阻力5．圆滑弯管6.折角弯管21/28第五节管路的水力计

6、算问题管道与附件连接起来成一整体称为管路，管路内的能量损失由沿程压力损失和局部阻力损失组成。对于管路中能量损失绝大部分为沿程压力损失，局部阻力损失和出流速度水头之和相对于沿程压力损失可以忽略不计的管路称为长管，否则称为短管。长管和短管不是几何长短的概念，而是能量损失计算上的概念。工程上一些长距离的流体输送管道系统大都作为长管处理，而流道较短，局部阻力装置较多的管道系统则作为短管来计算。管路按结构特点又可分为没有分支管的简单管路和有分支管的复杂管路。复杂管路包括串联管路、并联管路、分支管路和网状管路等。22/28第五节管路的水力计算方法短管水力计算=沿

7、程水力损失+局部水力损失长管水力计算=沿程水力损失23/28第五节复杂管路计算理论（1）串联管路（2）并联管路各管段的流量相同，即总能量损失为各段损失之和，即各分管所产生的能量损失（水头损失）都相等各分管的流量可以不等，它们的总和等于总流量第九节水击现象水击是指压力瞬变过程，是管路中不稳定流所引起的一种特殊重要现象。当由于某种原因引起管路流速突然变化时，如开关阀门过快、突然断电停泵，都会引起管内压力突然变化，造成水击。当急剧升降的压力波波前通过管路时，产生一种声音，犹如用锤子敲击管路时发出的声音，故水击称水锤。机理:液体微压缩性与流速突然变化长管路压

8、缩波引起的压力可能大到足以使管子破裂，故水击影响绝不能忽略，称为弹性理论。短管路压力瞬变同时传到全管液体质点