Гидродинамикалық процестерді моделдеудің негізгі принциптері. Сұйықтар қозғалысының режимдері. Қайналмалы, сусымалы қабаттардың гидродинамикасы

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Фармацевтік өндірістің технологиясы кафедрасы

БАӨЖ - 2

Тақырыбы :Гидродинамикалық процестерді моделдеудің негізгі принциптері. Сұйықтар қозғалысының режимдері. Қайналмалы, сусымалы қабаттардың гидродинамикасы.

Орындаған: Ағабек Ұ.

Тобы: ФӨТҚб 01-21

Қабылдаған: Мамбаев М. М

Шымкент - 2022

1. Гидродинамикалық процестерді модельдеудің принциптері

Гидродинамика [1] (гидро . . . және динамика) - гидроаэромеханиканың сығылмайтын сұйықтықтың қозғалысын және оның өзімен шекаралас орналасқан қатты денемен әсерлесуін зерттейтін бөлімі.

Гидродинамика[2] - сұйықтық пен газ механикасының ертеден келе жатқан әрі жақсы дамыған саласы.

Гидродинамика көмегімен сұйықтықтың жалпы қасиеттеріне механиканың негізгі заңдары мен тәсілдерін қолдана отырып, сұйықтық алып жатқан тұтас ортаның кез келген нүктесінің жылдамдығы, қысымы тәрізді өлшемдер анықталады.

Біздің мамандар гидродинамикалық модельдеуді теңіз іс-әрекеттерін қоршаған ортаға әсері мен теңіз іс-әрекеттеріне әсерін бағалау және бағалау үшін қолданады.

Гидродинамикалық модельдеу - бұл сұйықтықтарды қозғалыстағы зерттеу. Сұйықтықтың қозғалысы жалғыз немесе аралас әрекет ететін күштердің көптігі нәтижесінде пайда болуы мүмкін. Оларға толқындар, жел мен толқындар (мысалы, метокеан) және градиенттер (мысалы, өзен ағындары, арамшөптер мен бөгеттер), турбиналар (мысалы, су қоймалары мен су тасқыны фермалары) және сұйық жиналатын массалар (мысалы, мұхиттар, өзендер, ағынды сулар немесе салқындатылған сулар) . . Гидродинамикалық қозғалыс сұйықтыққа батырылған қатты заттарға әсер ететін күштерді жасайды (мысалы, құрылымдар, теңіз түбінің қасиеттері және топырақ шекаралары), бұл сұйықтықтың мінез-құлқына әсер етеді. Осы күрделі өзара әрекеттесуді түсіну және өлшеу теңіз инфрақұрылымы мен активтерін тиімді және жауапты дамыту үшін өте маңызды.

Модеьдеу-жалпы жағдайда модельдеудің екі түрін ажыратады: физикалық және математикалық.

Физикалық модельдеу кезінде процестер мен ақпараттардың нақты моделі жасалады. Аналитикалық кезінде аппарат процестерінің өтуі математикалық өрнектермен алмастырылады.

Модельдеу дегеніміз - құбылыстарды моделі негізінде зерттеу. Модельдеу әдісінің негізгі базасы - өлшемдер теориясы әдісімен байланысты ұқсастық теориясы.

Ұқсастық теориясының негізгі шарты - геометриялық ұқсастық. Модель мен ағын натурасының өлшемдері геометриялық ұқсас болса құбылыстар геометриялық ұқсас болады. Геометриялық ұқсастыққа мысалы, ағын натурасы мен модельдегі канал размері ұқсастығы, қабырғаның кедір-бұдырлық ұқсастығы, т. с.

Гидродинамикалық модель математикалық таңбалар арқылы зерттелетін объектінің мінез-құлқының шамамен сипаттамасы болып табылады. Мұндай модельдеу процесін шамамен төрт өзара байланысты кезеңге бөлуге болады:

1. Объектінің мінез-құлқын сипаттайтын заңдарды математикалық тұрғыдан тұжырымдау;

2. Тікелей мәселені шешу, яғни модельдеу объектісін бақылау нәтижелерімен одан әрі салыстыру үшін Шығыс моделін зерттеу арқылы алу;

3. Бақылау нәтижелері бойынша модельді бейімдеу, кері есептерді шешу, яғни белгісіз болып қалған модельдің сипаттамаларын анықтау;

4. Модельді талдау, зерттелетін объект туралы жаңа ақпараттың жинақталуына қарай оны модернизациялау, жаңа жетілдірілген модельге біртіндеп көшу.

Модельдеудің бірінші кезеңі зерттелетін объект туралы терең білімді қажет етеді. Қабат жүйесінің моделін құру үшін геология мен геофизика, Гидромеханика және серпімділік теориясы, қабат физикасы және химия, кен орындарын игеру теориясы мен практикасы, математика, сандық әдістер мен бағдарламалау туралы кең ақпарат қолданылады. Бұл кезеңде кеуекті ортадағы Сұйықтықтар мен газдардың сүзілу процесін сипаттайтын және массаның, энергияның сақталу заңдарын, қозғалыс заңын, күй теңдеуін білдіретін негізгі теңдеулер тұжырымдалады. Жартылай туындылардағы дифференциалдық теңдеулердің тұжырымдалған жүйесі шешілетін бастапқы және шекаралық шарттардың жиынтығы анықталады. Теңдеулердің саны мен түрі қарастырылып отырған мәселенің ерекшеліктеріне байланысты: қабаттың геологиялық құрылымы, сүзілген сұйықтықтардың қасиеттері, модельденген өндіру процесі. Содан кейін мәселені шешу үшін сандық әдістер мен алгоритмдер жасалады. Сүзудің математикалық моделі - берілген бастапқы және шекаралық шарттармен жылу және масса беру теңдеулерін шешетін компьютерлік бағдарлама жасалады.

Екінші кезеңде нақты даму объектісі үшін, яғни берілген кіріс жиынтығы үшін тікелей есепті шешу жүзеге асырылады. Кіріс жиынтығын қалыптастыру-бұл тәуелсіз күрделі мәселе. Бұл кезеңде қабаттың және оны қанықтыратын сұйықтықтардың құрылымы мен қасиеттері, ұңғымалардың режимдері мен жұмыс көрсеткіштері туралы ақпарат сүзу моделіне енгізу үшін қажетті түрге айналады. Модельдеудің маңызды элементі-сейсмикалық зерттеулерді интерпретациялау негізінде қабаттың үш өлшемді геометриялық моделін құру, содан кейін бұл модельді ұңғымалардың геофизикалық және гидродинамикалық зерттеулері және детерминистік немесе геологиялық-статистикалық әдістерді қолдана отырып, өзекті зерттеу деректері бойынша қабаттың негізгі геологиялық-физикалық сипаттамаларының (кеуектілігі, өткізгіштігі, қанықтылығы және т. б. ) таралуы туралы ақпаратпен қанықтыру. Қабаттың көлемі блоктардың реттелген жиынтығы ретінде қарастырылады, олардың әрқайсысы әр параметрдің бір мәніне жатады. Көлденең жазықтықтағы көлденең қимасы қалыңдығы бірнеше метр болатын жүздеген шаршы метрмен анықталатын әрбір есептеу блогы үшін тау жыныстары мен сұйықтықтардың қасиеттерін енгізу өте қиын және уақытты қажет ететін міндет. Негізгі Масштаб сантиметрмен анықталады. Ұңғымалардағы геофизикалық өлшеулер, әдетте, қабатқа ену радиусы бірнеше метрге жетеді.

Модельдеудің үшінші кезеңінде бақылау деректері бойынша математикалық модель бейімделеді. Кен орнын игеру тарихын жаңғырту арқылы модельге енгізілген қабаттың негізгі сүзу-сыйымдылық параметрлерін нақтылау жүзеге асырылады. Көбінесе абсолютті және фазалық өткізгіштіктер, контур аймағындағы көлем, кеуектердің сығылу коэффициенті, ұңғымалардың өнімділігі мен қабылдау коэффициенттері түзетіледі. Кері мәселе сүзу моделі қысым мен қанықтылықтың таралуын қайталамайынша итеративті түрде шешіледі, ол қолданылатын әсердің нәтижесінде пайда болады-өндіруші және айдау ұңғымаларының берілген жұмыс режимдері. Модельдеудің бұл кезеңі өте көп уақытты қажет етеді және үлкен тәжірибе мен білімді қажет етеді, қабаттың мінез-құлқын сенімді болжау және даму нұсқаларының технологиялық көрсеткіштерін бағалау үшін қажет.

Гидродинамикалық модельдеу қабаттың даму процесін болжау, бақылау және басқару мәселелерін шешу үшін ғана қолданылмайды, дегенмен бұл модельдер мен сәйкес бағдарламалық өнімдерді негізгі коммерциялық пайдалану болып табылады. Математикалық модельдеуді қолданудың маңызды бағыттары: даму тарихын жаңғырту арқылы қабаттың құрылымы мен қасиеттерін нақтылау, ұңғымаларды зерттеу нәтижелерін өңдеу, өзектегіесысу процестерін зерттеу және фазалық өткізгіштіктерді анықтау бойынша кері есептерді шешу, гетерогенді және жарылған кеуекті ортада ағын модельдерін құру сияқты сүзу теориясының зерттеу мәселелерін шешу, зерттеу қабатқа әсер ету механизмдері және жаңа технологияларды модельдеу, конус түзілу процестерін зерттеу, көлденең ұңғымалар мен фрекинг жарықтарына ағын және т. б. қарапайым модельдер шеңберінде алынған, бірақ сүзу процестерінің механизмдерін түсіну үшін маңызды аналитикалық шешімдер ерекше орын алады. Сонымен қатар, компьютерлік сүзгілеу модельдерін сынау үшін аналитикалық шешімдер қолданылады.

2. Сұйықтың қозғалыс режимдері

Сұйықтың және газдың қойнауқаттағы қозғалыс режимі - сұйық пен газ қозғалысының жылдамдығын энергетикасын, ағыс геометриясын және сол ағыстың уақыт барысындағы өзгерістерін ескеретін осы қозғалыстың өзіңдік сипаты. Үш түрлі белгілер тобының негізінде сөз болып отырған режимнің басты-басты алты түрі дараланады, олар:

ламинарлық (сорғалай ағатын) және турбуленттік (құйындата ағатын режимдер; сұйық және газ қозғалысының турбуленттік немесе ламинарлық ағымға жататыңдығын анықтау критерийі сүзбелену арналарының гидравликалық радиусына, сүзбеленудің нақты жылдамдығына және флюидтің тұтқырлығына байланысты;
тұрақтанған немесе тұрақтанбаған режимдер; бұл жағдайда режим критерийі ретінде сұйық немесе газ шығынының, ағыс бағытының, арын градиентінің және ағым жылдамдығының уақыт барысындағы тұрақтылығы шығады
арынды немесе арынсыз (гравитациялық) режимдер; арынды режим флюидтерге, арынсыз режим ашық беткейлі сұйықтарға тән. .

Нақтылы режимнің толық атауы әдетте үш сөзбен анықталатын сөз тіркесі арқылы беріледі (мәселен, ламинарлық арынды тұрақтанған қозғалыс), алайда мұнайбарлау және мұнайгидрогеологиялық зерттеулерде, ылғи да ламинарлық арынды қозғалыс көрініс беретін болғандықтан, бұл екі анықтауыш атаулар мүлдем айтылмайды. Сұйықтар мен газдардың қойнауқаттағы қозғалыс режимін бақылай іс-тәжірибедегі гидродинамикалық есептеулерде өте маңызды рөл атқарады, себебі кез-келген есептеу әдістері қозғалыстың нақтылы түрі тұрғысынан ғана қолданылады.

3. Тұрақталған ламинарлық режим кезіндегі сұйықтың таралуы

Ламинарлы ағын ( лат. lamina - жолақ, қатпар ) - газ немесе тұтқырлы сұйықтықтың қатпарлы ағыны. Ламинарлы ағын сараптамада Рейнольде саны мәнімен өрнектеледі: R _c =VL/A, < R _c

Мұндағы:

V және L - берілген ағынның жылдамдығы (м/с),

λ - кинематикалық сүйықтықтың тұтқырлығы (м ² /с), мысалы, ағын дөңгелек құбырда болса,

L құбырдың диаметрі

Сұйықтықтың секунтдағы шығын көлемі (м ³ /с), Пуазелля заңдылығымен анықталады. [1] Ламинарлық ағыс сұйықтықтың немесе газдың көрші қабаттары бір-бірімен араласпай, параллель ағатын тәртіптелген ағысы.

Ламинарлық ағыс өте тұтқыр сұйықтықта, едәуір аз жылдамдықпен қозғалатын сұйықтық ағысында, шағын мөлшердегі денелерді сұйықтық баяу жылдамдықпен орай аққанда пайда болады. Сондай-ақ, Ламинарлық ағыс жіңішке ( капиллярлық ) түтіктерде, мойынтіректерде ( подшипниктерде ), майлау кезінде пайда болған қабаттарда, сұйықтық не газ денені орай аққанда, дене беті маңында пайда болатын жұқа шекаралық қабаттарда, т. б. байқалады. Сұйықтық қозғалысының жылдамдығы артқан сайын, оның Ламинарлық ағысты белгілі бір кезеңде сұйықтық бөлшектері ретсіз қозғалатын турбуленттік ағысқа айналады. Сұйықтық ағысының режимі Рейнольдс санымен сипатталады. Re-нің шамасы, белгілі бір кризистік мәнінен кіші болса, онда сұйықтық ағысының тәртібі ( режимі ) Ламинарлық ағысқа, ал Re>Rekp болса, онда сұйықтық ағысының тәртібі турбуленттік ағысқа жатады. Сондықтан Re<2300 болғанда құбырдағы ағыс Ламинарлақ ағыс болып есептеледі. Тұтқыр Ламинарлақ ағыс кезінде құбырдағы сұйықтық шығыны Пуазэйль заңы бойынша анықталады.

Ламинарлы қозғалыстың турбулентті қозғалысқа ауысуы белгілі бір жылдамдық аралығында болуы мүмкін. Ағын жылдамдығының екі мәнімен шектелген өтпелі режим аймағы ерекшеленеді. Бұл шекаралық мәндер төменгі және жоғарғы критикалық жылдамдықтар деп аталады.

Цилиндрлік құбырдағы сұйықтықтың ламинарлы қозғалысы кезінде жылдамдықтың көлденең қимасы парабола түрінде болады және схемалық түрде телескопиялық түрде бейнеленген құбырдың қабырғаларында жылдамдық нөлге тең, ал жойылған кезде олар біртіндеп өсіп, құбыр осіндегі максималды мәнге жетеді.

Сұйықтықтың біркелкі қозғалысы кезінде ағынның ұзындығы бойынша барлық тірі бөлімдер пішіні мен өлшемі бойынша бірдей, ал тірі бөлімдердің сәйкес нүктелеріндегі жылдамдықтар да бірдей болады. Осылайша, жылдамдық тек бір радиустың функциясы болып табылады.

Ламинарлы ағын — Уикипедия

А) Ламинарлы ағын

B) Турбулентті ағын

4. Турбуленттік ағыстың бірқатар сипаттамасы

Турбуленттік ағыс (лат. turbulentus - тәртіпсіз, долы) - сұйықтықтың немесе газдың әр нүктесінде уақыт өзгеруіне байланысты қозғалыс жылдамдығының мәні де, бағыты да өзгеріп, жылдамдығы тамырдың соғуына ұқсас сипатта өтетін ағыс. [1]

Ешбір зандылықсыз қозғалған сұйық (газ) тамшыларының (ортаның өте шағын бөлшектерінің) бір-бірімен араласуы мейілінше қарқынды өтетін және сындарлы көрсеткіштен жоғары жылдамдықтармен қозғалған сұйық (газ) ағысы. Синонимі -"сұйықтың құйынды қозғалысы".

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.