- •Содержание
- •Глава 1. Проблемы прогноза процессов переноса при реальных условиях движения сложных сред в трубах ………………………………………………………………………….…………….7
- •Глава 2. Экспериментальные методы исследований. Элементарные понятия, определения теории вероятности и математической статистики в исследовании сплошных сред ….17
- •Глава 3. Понятие о методах изучения сплошных сред и их теплофизичеких свойствах ….. 26
- •Глава 4. Измерения динамических параметров в рабочем теле. Методы и приборы ………32
- •Глава 5. Понятие о реальной и идеальной средах ……………………………………………..51
- •Глава 16. Современные методики расчета детальной гидродинамической картины турбулентного течения смеси в трубопроводах………………………………………………..120
- •Предисловие
- •Глава 1. Проблемы прогноза процессов переноса при реальных условиях движения сложных сред в трубах
- •Введение
- •2. Представления о сопротивлении, как потерях механической энергии при движении жидкости в трубопроводах
- •3. Неустановившиеся течения жидкости
- •4. Проблемы установившихся и неустановившихся течений в трубопроводах
- •5. Учет многокомпонентности состава смеси и фазовых переходов
- •6. Взвесенесущие и газожидкостные потоки
- •7. Экспериментальные методы исследований взвесей
- •8. Течения неоднородных по плотности потоков в стратифицированных средах
- •9. Моделирование как метод познания
- •10. Актуальность проблемы комплексного физико-математического и численного моделирования теплогидрогазодинамических процессов в технологии транспорта нефти и газа
- •11. Современные достижения в моделировании турбулентных течений с тепломассообменом
- •Глава 2. Экспериментальные методы исследований. Элементарные понятия, определения теории вероятности и математической статистики в исследовании сплошных сред
- •Замечания по математической обработке результатов измерений
- •Основные понятия
- •Понятие о выборке
- •1.3. Математическая обработка результатов опыта
- •1.4. Косвенные измерения
- •2. Современные методы диагностики развивающихся потоков. Лдис оборудование
- •Глава 3. Понятие о методах изучения сплошных сред и их теплофизичеких свойствах
- •1. Феноменологический и статистический методы описания среды
- •2. Проблемы моделирование гидродинамических процессов с средах со сложной структурой и химическими реакциями
- •3. Коэффициенты переноса в рамках статистической теории вязких многокомпонентных инертных и химически реагирующих сред
- •4. Замечания к формулировке физических свойств континуума в рамках феноменологического метода
- •Глава 4. Измерения динамических параметров в рабочем теле. Методы и приборы
- •1. Измерение давлений
- •2. Измерение скоростей
- •3. Детальные средства изучения среды: лазерный доплеровский измеритель скоростей
- •Глава 5. Понятие о реальной и идеальной средах
- •1. Основные подходы к изучению движения сплошных сред
- •2. Индивидуальная производная
- •3. Напряженное состояние деформируемой среды
- •4. Тензор напряжений
- •Вязкая жидкость
- •Глава 6. Понятие о силах, распределенных по объему и поверхности физической системы
- •1. Массовые и поверхностные силы
- •2. Граничные условия в формулировке гидродинамических проблем
- •3. Общая постановка задач о течении идеальной нетеплопроводной жидкости.
- •4. Потенциальные вихревые движения идеальной среды. Основные теоремы
- •Глава 7. Статика жидкостей и их свойства. Основные законы равновесия
- •1. Уравнения равновесия жидкости и газа
- •2. Равновесие жидкости в поле силы тяжести
- •3. Относительный покой жидкости
- •4. Статическое давление жидкости на твердые поверхности. Закон Архимеда
- •Глава 8. Динамика вязкой жидкости и газа. Уравнения законов сохранения массы, импульса и энергии
- •1. Математическая формулировка процессов переноса в сплошной среде
- •2. Уравнения законов сохранения массы и импульса в однофазной области
- •Глава 9. Моделирование турбулентности
- •1. Физическая постановка задачи
- •2. Математическая формулировка проблемы
- •3. Модель турбулентности к замыканию уравнений, определяющих течение и теплоперенос во внутренних системах
- •Глава 10. Современные методики математического моделирования и расчета турбулентных течений
- •1. Актуальность проблемы комплексного физико-математического и численного моделирования теплогидрогазодинамических процессов
- •2. Схема численного интегрирования уравнений приближения “узкого канала”.
- •3. Замечания о сходимости итерационного процесса
- •4. Характеристика отдельных процессов. Результаты и их обсуждение
- •Глава. 11. Введение в теорию подобия потоков однофазных и многофазных сред
- •1. Некоторые замечания по введению аппарата теории подобия
- •2. Основные теоремы
- •Глава 12. Уравнение Бернулли в механике жидкости. Основные теоремы
- •1. Вводные замечания, определения и теоремы
- •2. Основные теоремы динамики жидкости
- •Глава 13. Основные положения задачи об истечении капельных сред из замкнутых систем
- •1. Понятия и определения
- •2. Истечение из насадок
- •Глава 14. Гидравлический удар в трубопроводах
- •1. Актуальность и физическое содержание вопроса
- •2. Условия на разрывах (скачках) гидродинамических величин
- •Глава 15. Насосы. Принципиальные схемы и характеристики
- •1. Основные сведения и некоторые замечания
- •2.Основные параметры насосов
- •3. Принцип работы центробежных насосов
- •4. Основные и подпорные центробежные насосы для магистральных трубопроводов
- •5. Характеристики магистральных насосов
- •6. Совместная работа турбомашин
- •7. Регулирование турбомашин
- •8. Конструктивное исполнение динамических насосов
- •9. Шестеренные насосы
- •10. Явление кавитации
- •Глава 16. Современные методики расчета детальной гидродинамической картины турбулентного течения в трубопроводах
- •1. Критический анализ моделей
- •2. Математическая модель течения
- •3. Граничные условия и численный метод решения
- •4. Обсуждение результатов
- •5. Основные выводы
- •Заключение
- •Литература
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
“ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”
С.Н. Харламов
ИЗБРАННЫЕ ГЛАВЫ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ
“ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ”
Учебное пособие
Издательство ТПУ
Томск 2009
УДК 523.529:536.46
ББК 253.312
Харламов С.Н. Избранные главы к курсу лекций “ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ”. – Томск. Изд-во ТПУ, 2009. - 126с.
В учебном пособии излагаются фундаментальные положения гидравлики и гидродинамики, современная научная концепция и отдельные перспективные вычислительные технологии, методы физико-математического, экспериментального и численного моделирования течений вязких теплопроводных сред в трубопроводных системах. Детально рассматриваются особенности физического описания процессов течения сложных по структуре сред, средства их регистрации и формы уравнений, варианты граничных условий, а также приводятся некоторые типы конечно-разностных схем. Обсуждаются точность расчета сложных сдвиговых течений в замкнутых системах (каналах, нефте- и газопроводах). Практическое применение материала математического моделирования процессов молярного переноса импульса направлено на комплексную оценку состояния трубопроводных систем, определения эффективных безопасных режимов их эксплуатации.
Комплекс полезен научным работникам, инженерам, аспирантам и студентам вузов, занимающимся проектированием и эксплуатацией магистральных трубопроводов, управлением трубопроводными сетями, повышением их пожарной и промышленной безопасности.
Включает: иллюстрации, 10 использованных источников литературы, таблицы.
Р е ц е н з е н т:
доктор физико-математических наук,
профессор кафедры физики
Томского государственного университета
И.К. Жарова
© Издательство ТПУ, 2009
Содержание
Предисловие ……………………………………………………………………………………….6
Глава 1. Проблемы прогноза процессов переноса при реальных условиях движения сложных сред в трубах ………………………………………………………………………….…………….7
1. Введение……………………………………………………………….…………………….. 7
1.1. Связь с дисциплинами физико-математического профиля……….……………….7
1.2. Основные этапы развития гидродинамических исследований……………………7
2. Представления о сопротивлении, как потерях механической энергии при движении жидкости в трубопроводах …………………………………………………………………….7
3. Неустановившиеся течения жидкости…………………………………………………….. 9
4. Проблемы установившихся и неустановившихся течений в трубопроводах …………10
5. Учет многокомпонентности состава смеси и фазовых переходов …………………..…10
6. Взвесенесущие и газожидкостные потоки …………………………………………….…10
6.1. Положения теории Х.А. Рахматуллина в описании многофазных потоков ……10
7. Экспериментальные методы исследований взвесей …………………………………….11
7.1. Газожидкостные потоки…………………………………………………………… 11
8. Течения неоднородных по плотности потоков в стратифицированных средах……….11
9. Моделирование как метод познания ……………………………………………………..12
10. Актуальность проблемы комплексного физико-математического и численного моделирования теплогидрогазодинамических процессов в технологии транспорта нефти и газа ………………………………………………………………………………………..…13
11. Современные достижения в моделировании турбулентных течений с тепломассообменом …………………………………………………………………………..14
11.1. Этапы построения сложных моделей с учетом анизотропии ………………….15
Глава 2. Экспериментальные методы исследований. Элементарные понятия, определения теории вероятности и математической статистики в исследовании сплошных сред ….17
Замечания по математической обработке результатов измерений ………………….17
1.1. Основные понятия ……………………………………………………………………18
1.2. Понятие о выборке ……………………………………………………………….…..19
1.3. Математическая обработка результатов опыта …………………………………….21
1.4. Косвенные измерения …………………………………………………………….….22
Современные методы диагностики развивающихся потоков. ЛДИС оборудование 24
Глава 3. Понятие о методах изучения сплошных сред и их теплофизичеких свойствах ….. 26
Феноменологический и статистический методы описания среды ……………………26
Проблемы моделирование гидродинамических процессов в средах со сложной структурой и химическими реакциями ……………………………………………..27
Коэффициенты переноса в рамках статистической теории вязких многокомпонентных инертных и химически реагирующих сред …………………………………………….28
3.1. Некоторые сведения формальной кинетики химических реакций ………………28
3.2. Переносные свойства реагирующих многокомпонентных систем…………………… 29
3.2.1. Коэффициент вязкости ……………………………………………………29
3.2.2. Коэффициент бинарной диффузии ………………………………………30
3.2.3. Интегралы столкновений ……………………………………………….30
3.2.4. Коэффициент теплопроводности ………………………………………31
Замечания к формулировке физических свойств континуума в рамках феноменологического метода ……………………………………………………………31