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发布时间:2016.08.24 关键词: 牛顿流体同心环广义同心雷诺空流
参照Metzner和Reed定义的非牛顿流体管流的特性参数和广义流性指数,同样可以导出同心环流的特性参数和广义流性指数。通过该方法可以把非牛顿流体流与管流的研究统一起来。针对幂律流体同心环轴向层流,根据Fredrickson和Bird基于实际流动模型的数值求解结果的分析,提出了如下计算压耗的经验公式:式中, ζ为环内外半径之比,即ζ = R/R , n为幂律流体流性指数。至于计算出的两压耗之间存在较小的误差是由于计算过程中保留有效数字造成的,理论上两者的计算结果是完全一致的。
发布时间:2016.08.23 关键词: 间隙雷诺雷诺层流区域空流空牛顿流体层流区控制方程
本文以平板流模型为基础,提出了偏心环空间隙雷诺数及计算方法,间隙雷诺数描述了偏心环空局部区域的平均流态,同时,用偏心环空分区的概念,研究了偏心环空牛顿流体的层流区域控制方程,通过计算分析得出了有意义的结论。对层流区控制方程的计算结果分析表明,无论是偏心环空完全紊流还是完全层流,其雷诺数值均偏离环空综合雷诺数2100这个临界值,同样说明用临界雷诺数Re判断偏心环空流态是值得讨论和研究,本文认为,用一个具体的Z值来判断也不太全面。
发布时间:2016.08.24 关键词: 同心环流动牛顿流体流动模型同心空轴
目前有两种研究同心环轴向层流的方法,一种是不作简化处理的方法,称为实际流动模型。该模型比较复杂,只有牛顿流体同心环轴向层流可以获得解析解。对于非牛顿流体同心环轴向层流,一般采用简化方法,即将环流动假设为窄槽(两无限大平行板间)流动,这种处理方法称为窄槽流动模型。而在实际钻井工程中环内外径之比小于0.3的情况很少,故窄槽流动模型可以满足钻井工程精度的要求。
发布时间:2016.08.24 关键词: 流体牛顿流体紊流整体稳定性雷诺流动
目前对非牛顿流体流态的判别主要有两种理论,即局部稳定性理论和整体稳定性理论。目前,这两种方法已推广到非牛顿流体的圆管流、同心及偏心环流。据此,国内外不少学者将Z值引申到分层雷诺数的概念上,其表达式为:式中, μ为流体表观黏度,对于牛顿流体,即为动力黏度。引用牛顿流体圆管流动的临界雷诺数值2100 ,得出Z的临界值为808 , Z值小于808 ,流体处于层流, Z值大于808 ,并不能肯定流体完全进入紊流。据他们的研究得到,流体在圆管内流动的稳定性参数临界值Y为640 ,对于某一特定的流体,可以根据Y来确定其在圆管内的临界广义雷诺数。除了上述的各种流态判别方法外,还有一些其他方法,如广义稳定性Z值法,黏性剪切力之比λ法等。
发布时间:2016.08.24 关键词: ln ξ曲线tan θ及截距广义牛顿流体黏度流体
为了便于研究圆管内任意与时间无关的非牛顿流体的流动,有必要建立一种具有普适性的研究方法。罗宾诺维奇( Rabinowitsch ,和莫纳( Mooney ,在Herzog和Weiseenberg给出的通用圆管流量方程的基础上,建立了圆管层流平均流速与管壁剪切速率的一般关系式,称为罗宾诺维奇—莫纳方程(简称罗—莫方程) ,适用于所有与时间无关的非牛顿流体。梅茨纳和里德( Metzner ℜ ed ,在罗诺维奇和莫纳研究结果的基础上,引入广义流性指数n ′ ,简化了罗—莫方程,并赋予其更为普遍的意义。这种基于广义流性指数n ′的管流研究方法称为广义流性指数法。图罗—斯流体
发布时间:2016.08.24 关键词: 流体同心环同心空轴同心环流量方程剪切
利用窄槽流动模型研究非牛顿流体同心环轴向层流的基本思路与圆管层流类似。首先通过同心环轴向均匀流控制方程和流变方程联立求解出流速分布,然后在过流断面上对流速积分求得流量表达式(考虑到工程应用方便,对于某些流变模式需做一定的简化处理) ,进而建立压耗与流量或平均流速的关系方程,并最终得到压耗方程。本节重点叙述不同流变模式的钻井液在同心环内轴向层流的流动规律。精确方法克服了传统方法对一些相对复杂的流变模式(如Sisko模式、四参数模式)无法建立压耗计算模型的障碍,为这些相对复杂的流变模式在钻井工程及其他工程领域的推广应用提供了良好的基础。
发布时间:2016.08.24 关键词: 紊流阻力系数计算雷诺广义牛顿流体
牛顿流体圆管和环紊流的研究还很不成熟。由于非牛顿流体的黏度较大,在管道中流动时的雷诺数较小,因此光滑管的计算公式一般能满足工程上的要求。同时,近些年来粗糙管中的紊流研究也取得了一定的进展。因此,所有与时间无关的非牛顿流体在紊流时的压耗均可用同一公式来计算,即式( 6.1.1 )和式( 6.1.2 )对非牛顿流体圆管紊流和同心环紊流同样适用,只是范宁摩阻系数的计算方法不同。由式( 6.1.2 )计算环压耗:该例的实测环压耗为10.53MPa ,误差在3%以内。
发布时间:2017.01.10 关键词: 流体牛顿流体摩擦压力层流钻井液宾汉流体
以上所提到的钻井动态流体主要指管柱内流动和环(钻杆外壁与井壁间的环)中的流动。如果流体的速度足够低,会出现层流。在以下几点假设下,流体排量速率、流体的各项物理特性、管柱的几何特性及摩擦压力损失等数据信息可以用数学方程表达。为了推导出摩擦压力损耗p 、流体剪切应力及管具的几何半径,假设了如下作用在流体层面的各种外力。环形管具内流体剪切速率( γ )的计算和流体颗粒的速度有关。NLAF — —牛顿流体和层流流体。例3.6 :通过例3.4 ,假设流体是宾汉流体并具有如下的流体特性: θ = 55 , θ = 35 。当PYLAF表示应力屈服流体层流时,有。
发布时间:2016.08.24 关键词: 计算紊流粗糙度雷诺牛顿流体同心环
在第3.1.2节分析了牛顿流体圆管层流的流动规律,得到了用于圆管层流压耗计算的达。对于窄槽流动模型,雷诺数按式( 4.1.35 )计算, f与Re的关系为式( 4.1.36 ) ,即f =对于实际流动模型,雷诺数按式( 4.1.20 )计算, f与Re的关系为式( 4.1.19 ) ,即f = ,该式是牛顿流体圆管层流范宁摩阻系数与雷诺数的关系式。因此,同心环紊流范宁摩阻系数的计算一般是通过等效管径转化为圆管紊流来计算的,首先视选择的流动模型不同,由式( 4.3.24 )或式( 4.3.27 )计算等效管径,然后由式( 4.3.28 )计算等效雷诺数,再按圆管紊流的范宁摩阻系数与雷诺数的经验关系式计算范宁摩阻系数。表五个阻力区的界限范围以及常用计算公式。
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