Коэффициенты сопротивления при течении турбулентного потока вязкой жидкости в кольцевом зазоре двух соосных цилиндрических труб Текст научной статьи по специальности «Физика»
Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Григулецкий Владимир Георгиевич, Савельев Юрий Петрович
Рассматривается вопрос о теоретическом описании динамики движения турбулентного потока жидкости в двух соосных цилиндрических трубопроводах с целью определения зависимости сопротивления движению от её вязкости и соотношения их размеров. Теоретически исследованы зависимости коэффициентов сопротивления от значений числа Рейнольдса при различной шероховатости поверхности труб и соотношения их диаметров.
Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Григулецкий Владимир Георгиевич, Савельев Юрий Петрович
DRAG COEFFICIENTS UNDER TURBULENT FLOW OF A VISCOUS FLUID IN THE ANNULAR GAP OF TWO COAXIAL CYLINDRICAL TUBES
The problem of the theoretical description of the dynamics of turbulent fluid flow in two coaxial cylindrical pipelines is considered with the purpose of determining the dependence of the resistance to movement on its viscosity and the ratio of their magnitudes. The dependences of the drag coefficients on the Reynolds number are theoretically investigated for various roughnesses of the pipe surface and various ratios of their diameters.
Текст научной работы на тему «Коэффициенты сопротивления при течении турбулентного потока вязкой жидкости в кольцевом зазоре двух соосных цилиндрических труб»
DOI: 10.18721/ JEST.230108 УДК 621
В.Г. Григулецкий, Ю.П. Савельев
КОЭФФИЦИЕНТЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ТЕЧЕНИИ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В КОЛЬЦЕВОМ ЗАЗОРЕ ДВУХ СООСНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТРУБ
Рассматривается теоретическое описание динамики движения турбулентного потока жидкости в двух соосных цилиндрических трубопроводах с целью определения зависимости сопротивления движению от вязкости жидкости и соотношения размеров трубопроводов. Исследованы зависимости коэффициентов сопротивления от значений числа Рейнольдса при различной шероховатости поверхности труб и от соотношения их диаметров.
ТУРБУЛЕНТНОЕ ДВИЖЕНИЕ; КОЛЬЦЕВОЙ ЗАЗОР; ЧИСЛО РЕЙНОЛЬДСА; ГЛУБИННЫЕ ШТАНГОВЫЕ НАСОСЫ; КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ; ШЕРОХОВАТОСТЬ СТЕНОК.
Ссылка при цитировании:
В.Г. Григулецкий, Ю.П. Савельев. Коэффициенты сопротивления при течении турбулентного потока вязкой жидкости в кольцевом зазоре двух соосных цилиндрических труб // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2017. Т. 23. № 1. С. 82-89. DOI: 10.18721/ JEST.230108
V.G. Griguleckii, Yu.P. Savel'ev
DRAG COEFFICIENTS UNDER TURBULENT FLOW OF A VISCOUS FLUID IN THE ANNULAR GAP OF TWO COAXIAL CYLINDRICAL TUBES
The problem of the theoretical description of the dynamics of turbulent fluid flow in two coaxial cylindrical pipelines is considered with the purpose of determining the dependence of the resistance to movement on its viscosity and the ratio of their magnitudes. The dependences of the drag coefficients on the Reynolds number are theoretically investigated for various roughnesses of the pipe surface and various ratios of their diameters.
TURBULENT MOTION; ANNULAR GAP; REYNOLDS NUMBER; DEEP ROD PUMPS; DRAG COEFFICIENT; WALL ROUGHNESS.
V.G. Griguleckii, Yu.P. Savel'ev, Drag coefficients under turbulent flow of a viscous fluid in the annular gap of two coaxial cylindrical tubes, St. Petersburg polytechnic university journal of engineering sciences and technology, 23 (1) (2017) 82-89, DOI: 10.18721/ JEST.230108
В конструкциях многочисленных технических устройств применяют аксиально установленные цилиндрические трубы, в зазорах между которыми движутся жидкости с различными характеристиками вязкости. От этого параметра зависит характер их движения — ламинарный или турбулентный, что существенно влияет на затрачиваемую энергию, возникающие кавита-
ционные явления и связанные с этим разрушения поверхностей, по которым движется жидкость. В свою очередь их состояние влияет на характеристики ее движения.
Рассматриваемый процесс зависит от соотношения размеров соосных цилиндрических труб. В совокупности с физическими характеристиками описание движущейся жидкости представляет сложную гидротехническую и физико-механическую задачу.
В данной работе рассматривается проблема теоретического расчета уровня сопротивления течению жидкости, когда ее поток становится турбулентным, и условия возникновения такого течения. Ее решение дает возможность определить с учетом свойств жидкости оптимальные геометрические параметры труб.
Конструкции, состоящие из двух соосных цилиндрических труб различных диаметров, имеют широкое применение во многих технических устройствах: теплообменных системах типа «труба в трубе»; трубках Фильда; нефтегазодобывающих скважинах, состоящих из труб разных диаметров и окруженных внешней трубой (обсадная колонна) при наличии кольцевого зазора, по которому могут двигаться различные вязкие среды (от бурового раствора и до нефтегазовой среды, добываемой с различных глубин).
В процессах промывки забоя скважин при бурении, работы погружного лифта, глубинных штанговых насосов и др., как правило, характер течения жидких или газообразных сред в подобных технических системах — турбулентный, с повышенными значениями характерного числа Рейнольдса: при движении в кольцевом зазоре углеводородов (нефть, газ, конденсат) так называемое гидравлические число Рейнольдса
Ри( - ^) > 5-106 -1-107 (й2 > ^ , й —
модели турбулентности, с введением понятия пути смешения в пристенной и других областях зоны турбулентности.
1. В соответствии с рис. 1 динамическое поле в установившемся и полностью развитом турбулентном потоке между двумя соосными цилиндрическими трубами описывается уравнением изменения импульса в направлении оси симметрии течения
где касательное напряжение трения тхг задается следующими выражениями: в зоне 2