Становление трубной гидравлики: ретроспектива исследований гидравлических сопротивлений в трубах

UDK: 658.5:622.692.4
DOI: 10.24887/0028-2448-2019-7-128-133
Ключевые слова: коэффициент Дарси, гидравлические сопротивления, потери на трение, трубопровод, шероховатость стенки труб, гидравлический уклон, уравнение Дарси – Вейсбаха, турбулентный режим, ламинарное течение
Авт.: С.Е. Кутуков (ООО «НИИ Транснефть»), д.т.н., А.И. Гольянов (ООО «НИИ Транснефть»), к.т.н., О.В. Четверткова (ООО «НИИ Транснефть»), к.т.н.

В статье приведен обзор научных работ в области гидравлического расчета трубопроводов, опубликованных в XVIII – XX веках и основанных на обработке результатов большого объема экспериментальных данных, полученных для различных гидродинамических условий. Заметную роль сыграли работы представителей французской школы А. Дарси и Г. Прони, впервые представивших зависимость гидравлических потерь от диаметра и шероховатости внутренней стенки труб. Впоследствии, вплоть до конца XIX века, существовали два конкурирующих научных направления: изучение гидравлического трения при «малых» и «больших» скоростях движения жидкости. Начало «примирению» противоречивых результатов исследований положили работы Н.П. Петрова и О. Рейнольдса. Ограниченность применения эмпирических зависимостей не позволяет распространить ни одну из предложенных зависимостей на весь спектр режимов эксплуатации трубопроводов. Для каждого конкретного случая необходимо проводить анализ точности применяемых зависимостей путем сравнения с данными о фактической эксплуатации. Ретроспективный анализ научно-технической литературы в области гидравлического расчета трубопроводов вскрывает вариативность методологических подходов и формальных решений в исследованиях количественных оценок параметров движения жидкости в трубах. Выявлено, что концепция применения относительной шероховатости внутренней стенки трубы как адаптивного коэффициента при определении гидравлических потерь в трубах прослеживается с работ Дарси и обрела свое методологическое обоснование в трудах школы Л. Прандтля.

Список литерарутуры

1. Кутуков С.Е. Разработка методов функциональной диагностики технологических режимов эксплуатации магистральных нефтепроводов: дисс. … докт. техн. наук. – Уфа, 2003.

2. Комплексное исследование реологических и адгезионных свойств нефтей в диапазоне температур кристаллизации / А.М. Шаммазов [и др.] // Изв. вузов. Нефть и газ. – 1998. – № 4. – С. 63–72.

3. Брот Р.А., Кутуков С.Е. Определение реофизических параметров газонасыщенных нефтей // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. – 2005. – № 2. – С. 37.

4. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. – М.: Недра, 1982. – 224 с.

5. Brown G.O. The History of the Darcy-Weisbach Equation for Pipe Flow Resistance // Proc., 150th Anniversary Conf. Environmental and water resources history of ASCE Reston: A. Fredrich, J. Rodgers [et al.]. – 2002. – Va. – Р. 34–43.

6. Черникин В.И. Гидравлические сопротивления сварных трубопроводов // Труды академии нефтяной промышленности. – 1956. – Вып. 3. – С. 53–56.

7. Исаев И.А. Экспериментальное определение коэффициентов гидравлических сопротивлений в прямых нефтепроводных трубах и фитингах // В кн. Вопросы транспорта, хранения нефти и машиностроения/ Тр. МНИ. – Вып. 17. – М.: Гостоптехиздат, 1956. — С. 112–168.

8. Френкель Н.З. Гидравлика. – М.-Л.: Госэнергиздат, 1956. – 456 с.

9. Лобаев Б.Н. Новые формулы для расчета труб в переходной области. – М.: Санитарная техника, 1954. – 121 с.

10. Филоненко Г.К. Гидравлическое сопротивление трубопроводов // Теплоэнергетика. – 1954.

11. Конаков П.К. Новая формула для коэффициента сопротивления для гладких труб // ДАН СССР. – 1946. – Т. 10. – С. 70–77.

12. Churchill S.W. Empirical expressions for the shear stress in turbulent flow in commercial pipe // AIChE Journal. – 1973. – V. 19. – P. 375–376.

13. Николаев А.К., Быков К.В., Маларев В.И. Определение коэффициента гидравлического сопротивления магистрального нефтепровода // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2013. – № 5. – C. 265–268.

14. Прандтль Л. Гидроаэромеханика [1944]. – Ижевск: Изд-во РХД, 2000. – 567 с.

15. White F.M. Fluid mechanics, 3rd ed., Mc-Graw Hill, New York. – 1994. – 736 p.

16. Rouse H., Ince S. History of Hydraulics. – Iowa City: Iowa Institute of Hydraulic Research, Univ. of Iowa, 1957. – 269 p.

17. Оценка гидравлической эффективности нефтепроводов по данным мониторинга технологических режимов эксплуатации / П.А. Ревель-Муроз [и др.] // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2019. – Т. 9. – № 1. – С. 8–19.


Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) могут только авторизованные посетители сайта.