流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)注水管網(wǎng)及注水泵

1、流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)注水管網(wǎng)及注水泵內(nèi) 容 提 要 注水系統(tǒng) 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 管道水力計(jì)算 泵的種類及原理 離心泵 柱塞泵 其他設(shè)備 注水系統(tǒng)1 注水目的2 注水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3 注水站組成4 注水工藝5 注水效率要求1 注水的目的 油田投入開(kāi)發(fā)后，如果沒(méi)有相應(yīng)的驅(qū)油能量補(bǔ)充，油層壓力將隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間，逐漸下降，引起產(chǎn)量下降，使油田的最終采收率下降。 通過(guò)油田注水，可以使油田能量得到補(bǔ)充，保持油層壓力，達(dá)到油田產(chǎn)油穩(wěn)定，提高油田最終采收率的目的。2 注水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3 注水站構(gòu)成 站內(nèi)注水工藝流程主要考慮滿足注水水質(zhì)、計(jì)量、操作管理等方面要求。 站內(nèi)流程： 來(lái)水進(jìn)站計(jì)量水質(zhì)處理儲(chǔ)水罐泵出。 儲(chǔ)水罐作用： 1

2、）儲(chǔ)備作用 為泵儲(chǔ)備一定水量； 2）緩沖作用 避免供水管網(wǎng)壓力不穩(wěn)； 3）分離作用 沉降顆粒和油滴。 注水泵前設(shè)置計(jì)量?jī)x表；泵出口設(shè)置止回閥和控制閥，控制閥前設(shè)有回流管道，閥后設(shè)有高壓閥組。 潤(rùn)滑系統(tǒng)：潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)和泵的軸承。包括潤(rùn)滑油泵、油箱、過(guò)濾器，冷卻器和緩沖器。 冷卻系統(tǒng)：分直流冷卻和循環(huán)冷卻。循環(huán)冷區(qū)包括冷卻泵、冷卻塔、冷卻罐三部分。 加藥系統(tǒng)：在水罐出口處設(shè)投加阻垢劑、殺菌劑等。3 注水站構(gòu)成3 注水站構(gòu)成4 注水工藝單管多井配水流程圖單管單井配水流程圖4 注水工藝雙管多井配水流程圖分壓注水流程圖4 注水工藝（增壓注水）增壓注水流程圖單井配水間配水流程：來(lái)水匯管 上流閥門(mén) 水表 下流

3、閥門(mén) 4 注水工藝5 注水效率要求注水系統(tǒng)各部分的效率值 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1 流體的定義2 流體物理性質(zhì)3 流動(dòng)參數(shù)4 流體的能量5 管流流態(tài)6 水頭損失1 流體的定義 流 體流體：指受到微小剪切力會(huì)發(fā)生連續(xù)不斷變形 的變形體。2 流體物理性質(zhì) 粘 性 牛頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理指出：相鄰兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦作用,稱為粘性力。不同流體粘性1 粘性產(chǎn)生的原因(1) 液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成(2) 氣體之間的粘性力主要由分子動(dòng)量交換形成 粘 性2 壁面不滑移假設(shè) 由于流體的易變形性，流體與固壁可實(shí)現(xiàn)分子量級(jí)的粘附作用。通過(guò)分子內(nèi)聚力使粘附在固壁上的流體質(zhì)點(diǎn)與固壁一起運(yùn)動(dòng)。 粘

4、性3 牛頓內(nèi)摩擦定律 粘 性 牛頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中假設(shè)：“流體兩部分由于缺乏潤(rùn)滑而引起的阻力，同這兩部分彼此分開(kāi)的速度成正比”。即在圖中，粘性切應(yīng)力為Eg.1 柱塞泵活塞直徑為，缸體直徑12cm，活塞長(zhǎng)度為14cm，潤(rùn)滑油粘度為，當(dāng)活塞移動(dòng)速度為時(shí)，所產(chǎn)生的摩擦力多大？ 例題3 流動(dòng)參數(shù) 壓 力（壓強(qiáng)） 壓力是由于流體的重而在單位面積上所產(chǎn)生的作用力。其中：P0：流體表面的壓強(qiáng)；h：所求點(diǎn)的沉沒(méi)深度。1 壓力的表示方法 壓 力（壓強(qiáng)） 相對(duì)壓強(qiáng)（Relative Pressure）：又稱“表強(qiáng)”，用p表示，p= pabs pa 。 真空（Vacuum）：是指絕對(duì)壓強(qiáng)小于一個(gè)大氣壓的狀態(tài)。

5、真空高度 絕對(duì)壓強(qiáng)（Absolute Pressure）：用pabs表示，pabs 0 。真空值pv2 壓力的單位a. 應(yīng)力單位 N/m2，Pab. 大氣壓 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓105 Pa=101.3 kPa 工程大氣壓：1工程大氣壓104 c. 液柱高水柱高mH2O： 1 mH2O= 9.8 kPa汞柱高mmHg： 1 mmHg=133 kPa 壓 力（壓強(qiáng)）Eg1.若人所能承受的最大壓力為 1.274 MPa（相對(duì)壓強(qiáng)），則潛水員的極限潛水深度為多少？ 例 題Eg2.蛟龍?zhí)栐O(shè)計(jì)潛水深度為7000m，則該深度下其表面受到的壓力為？Eg3.設(shè)如圖所示，h=2m時(shí)，求封閉容器A中的真空值。

6、 例 題pahvAB水空氣pabs解：設(shè)封閉容器內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)為pabs， 真空值為pv 。 則： pabs =paghv 根據(jù)真空值定義： pv= pa pabs= pa (pa ghv ) = ghv = 98002 =19.6 kPa 3 液體測(cè)壓計(jì) 壓 力（壓強(qiáng)）4 金屬測(cè)壓計(jì) 壓 力（壓強(qiáng)）3 流動(dòng)參數(shù) 流量1 體積流量Q（m3/s）2 質(zhì)量流量（kg/s）u=u(r) 速 度u=u(r)v1 實(shí)際速度u2 平均速度v4 流體的能量 位 能4 流體的能量 動(dòng) 能4 流體的能量 壓 能4 流體的能量 伯努利能量方程hj 沿程水頭損失h 局部水頭損失其中： 伯努利能量方程 流體流經(jīng)節(jié)流裝置

7、時(shí)，流速增加、壓力降低。通過(guò)測(cè)量節(jié)流前后的壓差，從而確定流量。 節(jié)流式流量計(jì)原理 伯努利能量方程孔板流量計(jì)：4 流體的能量沿程阻力阻力分類局部阻力沿程水頭損失局部水頭損失5 管流流態(tài) 層流及紊流層流：流速不大時(shí)，整個(gè)流場(chǎng)呈一簇互相平行的流線。湍（紊）流：流速超過(guò)一定值后，流體質(zhì)點(diǎn)作復(fù)雜的無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。著色流束與周圍流體相混。過(guò)渡流：流速逐漸加大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。著色流束開(kāi)始振蕩。5 管流流態(tài) 流態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)雷諾數(shù)：工程上常用的圓管臨界雷諾數(shù)層 流：紊 流：6 水頭損失 沿程水頭損失達(dá)西公式： 沿程水頭損失粗糙度例 題 長(zhǎng)為1km的輸水管路管徑為75mm，水流量為，求該條件水在該管

8、內(nèi)流動(dòng)的水頭損失值？（管路的當(dāng)量粗糙度，水的運(yùn)動(dòng)粘度為10-6m2/s)解：管內(nèi)速度：雷諾數(shù)：相對(duì)粗糙度：阻力系數(shù)，查圖有水頭損失：6 水頭損失 局部水頭損失管道突然縮小的損失系數(shù)：1v122(C) 局部水頭損失管道出口管道突然擴(kuò)大到水池或容器，有，則v(a)直角進(jìn)口(b)圓角進(jìn)口(c)外伸進(jìn)口管道進(jìn)口 局部水頭損失閥門(mén)的局部阻力系數(shù)：開(kāi)度 k0 閥門(mén)的阻力系數(shù)隨閥門(mén)的開(kāi)度k變化而變化。當(dāng)開(kāi)度大到一定值后，其阻力系數(shù)變化較?。欢?dāng)開(kāi)度小于一定值后，阻力系數(shù)迅速增大；開(kāi)度為0時(shí)，阻力系數(shù)無(wú)限大。 管道水力計(jì)算1 管道分類2 管道性能曲線3 串聯(lián)管路4 并聯(lián)管路分支管路注水管路的結(jié)垢1 管道分類液

9、 體管 壁壓力管路液體自由面 管 壁無(wú)壓管路 工程中，常用各種有壓管道輸送液體，如注水管線；水電站壓力引水鋼管；水庫(kù)有壓泄洪隧洞或泄水管；供給的水泵裝置系統(tǒng)及管網(wǎng)；輸送石油的管道。 壓力管道：管道被流體充滿，流體在壓力驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。 管道按布置分 簡(jiǎn)單管道 復(fù)雜管道 串聯(lián)管道 并聯(lián)管道 分枝管道 短管 長(zhǎng)管 兩種水頭損失大小局部水頭損失、流速水頭占總水頭損失比例較大（大于5%），計(jì)算時(shí)不能忽略沿程水頭損失水頭為主，局部損失和流速水頭在總水頭損失中所占比重很小。1 管道分類輪南哈密靖邊銀川龍崗武漢忠縣淮陽(yáng)上海青山杭州安平北京紅柳重慶龍崗氣田長(zhǎng)武湘潭大慶烏魯木齊蘭州克拉瑪依市格爾木市花土溝澀北寧波長(zhǎng)

10、春鞍山南寧南昌廣州The Second West-East Gas Pipeline Project to be built2 管道性能曲線根據(jù)水頭損失公式：2 管道性能曲線hwQ管路特性曲線：2 管道性能曲線hwQz2-z1有位差：2 管道性能曲線hwQz2-z1泵的特性曲線3 串聯(lián)管道 由不同管道直徑和管壁粗糙度的數(shù)段根管子依次連接在一起的管道。串聯(lián)管道水力特性：（1）各節(jié)點(diǎn)流入流出流量相等（2）總損失等于各段管道中損失之和3串聯(lián)管道v0Q1Q2Q3q1q2l1 d1l2 d2l3 d3hf1hf2hf 311H3 串聯(lián)管道串聯(lián)管路的特性曲線：？4 并聯(lián)管道 由幾條簡(jiǎn)單管道或串聯(lián)管道，入口

11、端與出口端分別連接在一起的管道系統(tǒng)。并聯(lián)管道水力特性：（1）總流量是各分管段流量之和。（2）并聯(lián)管道的損失等于各分管道的損失。AQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQQhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1 d1 Q1l3 d3 Q3l2 d2 Q2HBHA4 并聯(lián)管道5 分支管路分支管道水力特性：（1）流入?yún)R合點(diǎn)的流量等于自匯合點(diǎn)流出的流量。（2）沿一條管線的水頭損失是各段水頭損失之和。5 分支管路5 分支管路計(jì)算問(wèn)題新建管道，確定管徑、起點(diǎn)壓力 已知管網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式（地形、長(zhǎng)度、用戶位置）、用水量、用戶所需自給水頭，確定管徑和管網(wǎng)起點(diǎn)水壓。1 根據(jù)管網(wǎng)布置圖，

12、將管網(wǎng)分段編號(hào)2 用連續(xù)性方程確定各段流量3 以經(jīng)濟(jì)流速確定各段管徑4 取標(biāo)準(zhǔn)管徑后，計(jì)算流速和摩阻5 按長(zhǎng)管計(jì)算各段水頭損失hw6 按串聯(lián)管道計(jì)算起點(diǎn)到控制點(diǎn)的總水頭損失。5 注水管路的結(jié)垢結(jié)垢的危害性：（1）管線的結(jié)垢明顯會(huì)降低整個(gè)注水系統(tǒng)的流量和效率。（2）管線結(jié)垢使管道縮徑，流通截面積變小，造成壓力損失、排量減小及管道堵塞。（3）結(jié)垢誘發(fā)注水井管線局部腐蝕，并且因腐蝕導(dǎo)致注水管線漏失頻繁，甚至可使注水井管線穿孔，造成破壞性事故。（4）注水系統(tǒng)維修作業(yè)耗資巨大，處理一次注水管線漏失一般需幾千元， 泵的種類及原理1 葉片式泵2 容積式泵3 其他形式4 泵對(duì)液流能量的增加1 葉片式泵 原 理優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高，體積小，效率高，流量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能平穩(wěn)，容易操作和維修。離心泵 離心泵1 葉片式泵 混流泵1 葉片式泵 軸流泵軸流泵特點(diǎn)：大流量、低揚(yáng)程、高比轉(zhuǎn)數(shù)、高效率，性能參數(shù)可變性，以及適合低水位條件等特點(diǎn) 1 葉片式泵2 容積式泵原理：通過(guò)運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件之間，或者兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件之間的容積的周期性變化來(lái)和流體進(jìn)行能量交換。 往復(fù)式