- •Учебное пособие основы гидродинамики и теплообмена и их применения в практике 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
- •Связь с дисциплинами физико-математического профиля
- •1.2. Основные этапы развития гидродинамических исследований
- •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
- •Положения теории х.А. Рахматуллина в описании многофазных потоков
- •7. Экспериментальные методы исследований взвесей
- •7.1. Газожидкостные потоки
- •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
- •3.1. Некоторые сведения формальной кинетики химических реакций
- •3.2. Переносные свойства реагирующих многокомпонентных систем
- •3.2.2. Коэффициент бинарной диффузии.
- •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
- •4.1. Идеальная жидкость, ее тензор напряжений
- •Вязкая жидкость
- •5.1. Нетеплопроводная среда.
- •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
- •1.1. Понятие о газообразных средах.
- •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
- •1.1. Интеграл Бернулли и усложненная термодинамика.
- •1.2. Интеграл Лагранжа.
- •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
- •1.1. Динамические насосы.
- •1.2. Объемные насосы.
- •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
- •8.1. Общая схема насосной установки
- •8.2. Основные элементы конструкций 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
- •Основы гидродинамики и теплообмена и их применения в практике
Глава 16. Современные методики расчета детальной гидродинамической картины турбулентного течения смеси в трубопроводах………………………………………………..120
Критический анализ моделей……………………………………………………………120
Математическая модель течения………………………………………………………..120
Граничные условия и численный метод решения……………………………………..121
Обсуждение результатов…………………………………………………………………122
Основные выводы……………………………………………………………………..…125
Заключение………………………………………………………………………………………125
Литература ………………………………………………………………………………………126
Предисловие
Решение проблем безопасности транспорта природного сырья по трубопроводам связано с повышением надежности, эффективности работы объектов трубопроводного транспорта и трубопроводов энергетических предприятий. Эти проблемы необходимо рассматривать совместно с задачей снижения энергетических затрат на транспорт продуктов по магистральным трубопроводам, поэтому подготовка специалистов по комплексному физико-математическому и гидродинамическому моделированию вопросов транспорта вязких сред по трубам, каналам протяженной длины или коротких участков представляется чрезвычайно актуальной.
В данном пособии дается развернутое представление о теоретических подходах и экспериментальных устройствах к детальному прогнозу течений сложного сдвигового потока в каналах, приводятся фундаментальные положения по курсу основ процессов переноса и гидравлического исследования.
В пособии сообщается также о современных достижениях в гидродинамических расчетах практически важных течений на основе использования данных феноменологического и статистического метода описания физических явлений.
Структура пособия позволяет практически освоить методику численного решения сложнейших задач гидродинамики. Этому способствуют также оригинальные результаты автора по исследованию ламинарного и турбулентного течений инертных и химически реагирующих сред с учетом и отсутствием действия массовых сил на поток в каналах. Результаты расчетов получены на основе описываемых технологий и отвечают широкому диапазону изменений параметров течения, теплообмена и геометрии трубопроводных систем. Кроме того, в пособии излагаются некоторые собственные наблюдения, основанные на чтении курсов лекций дисциплин физико-математического профиля для специальности “Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ”, “Механика”, “Вычислительная гидродинамика” для выпускников классического и технического университетов, для повышения квалификации работников нефтяной и газовой промышленности.
Основное внимание в пособии уделяется вопросам: 1) изучения опыта математического моделирования сложного движения; 2) овладения методиками расчета и измерения теплогидродинамических параметров потока в режимах движения, характерных для пуска и останова оборудования по транспорту нефти, развитого и развивающегося течения по каналам и трубам; 3) численному исследованию статистических характеристик изотермических и неизотермических прямоточных и закрученных потоков; 4) анализу влияния пространственной и тепловой деформации на локальные и интегральные параметры течения с помощью современных турбулентных моделей.
Материал настоящего пособия, его структура и содержание могут быть дополнены как новыми знаниями в области решений гидродинамичесиких процессов, так и экспериментальными методиками. Многие поставленные задачи могут служить превосходным стимулом для их выполнения студентами.