Журналов:     Статей:        

Территория «НЕФТЕГАЗ». 2020; : 118-122

Влияние шероховатости диска на результаты измерений гидравлического сопротивления в дисковом реометре

Голунов Н. Н.

Аннотация

Рассматривается проблема тестирования противотурбулентных присадок в дисковых реометрах. В таких приборах горизонтально расположенный диск вращается в жидкости, заполняющей цилиндрическую полость, вокруг вертикальной оси. При определенной угловой скорости вращения течение в узких зазорах между плоскостью диска и параллельными ему основаниями цилиндра становится турбулентным. Добавление в жидкость противотурбулентной присадки уменьшает момент сил, необходимых для вращения диска, поэтому величина такого уменьшения позволяет судить о гидравлической эффективности используемой противотурбулентной присадки. В статье дается ответ на вопрос, в какой степени шероховатость поверхности диска влияет на показания прибора. Показано, что влияние шероховатости плоскости диска весьма существенно. Во-первых, потому, что зазор, в котором возникает турбулентное течение, весьма мал и даже небольшая шероховатость плоскости диска сказывается на гидравлическом сопротивлении возникающего турбулентного течения. Во-вторых, при увеличении скорости вращения изменяется область диска, охваченная турбулентным течением, а также режим сопротивления в точках этой области в зависимости от их расстояния до оси вращения. Делается основной вывод, что, прежде чем производить тестирование противотурбулентной присадки в дисковом реометре, необходимо выявить относительную эквивалентную шероховатость поверхности диска путем сопоставления момента сил сопротивления, найденного в экспериментах, с его теоретическим значением, рассчитанным для жидкости без присадки с различными значениями относительной шероховатости. Такие эксперименты можно выполнять, в частности, на обычной воде.

Список литературы

1. Челинцев Н.С. Исследование особенностей трубопроводного транспорта дизельных топлив с противотурбулентной добавкой: дисс. … канд. техн. наук. М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2011. 139 с.

2. Бахтизин Р.Н., Гареев М.М., Лисин Ю.В. и др. Нанотехнологии для снижения гидравлического сопротивления трубопроводов. СПб.: Недра, 2018. 352 с.

3. Голунов Н.Н., Лурье М.В. Интерпретация результатов тестирования малых противотурбулентных добавок в ротационных приборах // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018. № 6. С. 84–92.

4. Голунов Н.Н., Лурье М.В. Приближенная теория дискового реометра для тестирования малых противотурбулентных добавок // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. Т. 9. № 3. С. 248–255.

5. Голунов Н.Н. Теория реометра ротационного типа для испытания полимерных добавок в турбулентном режиме // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. Т. 9. № 1. С. 40–45.

6. Reichardt H. On the Velocity Distribution in a Rechtilinear Turbulent Couette Flow // Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik. 1956. Special Supplement. P. 26–29.

7. Robertson J.M., Johnson H.F. Turbulence Structure in Plane Couette Flow // Journal of the Engineering Mechanics Division. 1970. Vol. 96. Iss. 6. P. 1171–1182.

8. El Telbany M.M.M., Reynolds A.J. Turbulence in Plane Channel Flows // Journal of Fluid Mechanics. 1981. Vol. 111. P. 283–318.

9. Лурье М.В., Подоба Н.А. Модификация теории Кармана для расчета сдвиговой турбулентности // Доклады АН СССР. 1984. Т. 279. № 3. С. 570–575.

10. Голунов Н.Н. Гидродинамическое обоснование использования теории Кармана для расчета гидравлического сопротивления шероховатых трубопроводов в присутствии противотурбулентных добавок // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018. № 10. С. 66–70.

11. Голунов Н.Н. Идентификация параметров противотурбулентной присадки // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2019. № 11. С. 76–82.

12. Голунов Н.Н. Особенности тестирования противотурбулентных присадок в дисковых реометрах // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2020. № 1–2. С. 88–96.

Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2020; : 118-122

Influence of Disk Roughness on the Results of Measurements of Hydraulic Resistance in a Disk Rheometer

Golunov N. N.

Abstract

The problem of testing drag reducing agents in disk rheometers is considered. In such devices, a horizontally located disk rotates in a fluid filling a cylindrical cavity around a vertical axis. At a certain angular velocity of rotation, the flow in narrow gaps between the plane of the disk and the cylinder bases parallel to it becomes turbulent. The addition of drag reducing agent to the liquid reduces the moment of forces necessary for the rotation of the disk, therefore, the magnitude of this decrease allows us to judge the hydraulic efficiency of the anti-turbulent additive used. The article answers the question of the degree to which the surface roughness of the disk affects the readings of the device. It is shown that the effect of the roughness of the disk plane is very significant. Firstly, because the gap in which a turbulent flow occurs is very small, and even a small roughness of the disk plane affects the hydraulic resistance of the resulting turbulent flow. Secondly, as the rotation speed increases, the region of the disk covered by the turbulent flow changes, as well as the resistance mode at the points of this region, depending on their distance to the axis of rotation. The main conclusion is made that before testing an drag reducing agent in a disk rheometer, it is necessary to identify the relative equivalent roughness of the disk surface by comparing the moment of resistance forces found in the experiments with its theoretical value calculated for a liquid without additives with different values of relative roughness. Such experiments can be performed, in particular, in ordinary water.

References

1. Chelintsev N.S. Issledovanie osobennostei truboprovodnogo transporta dizel'nykh topliv s protivoturbulentnoi dobavkoi: diss. … kand. tekhn. nauk. M.: RGU nefti i gaza imeni I.M. Gubkina, 2011. 139 s.

2. Bakhtizin R.N., Gareev M.M., Lisin Yu.V. i dr. Nanotekhnologii dlya snizheniya gidravlicheskogo soprotivleniya truboprovodov. SPb.: Nedra, 2018. 352 s.

3. Golunov N.N., Lur'e M.V. Interpretatsiya rezul'tatov testirovaniya malykh protivoturbulentnykh dobavok v rotatsionnykh priborakh // Territoriya «NEFTEGAZ». 2018. № 6. S. 84–92.

4. Golunov N.N., Lur'e M.V. Priblizhennaya teoriya diskovogo reometra dlya testirovaniya malykh protivoturbulentnykh dobavok // Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov. 2019. T. 9. № 3. S. 248–255.

5. Golunov N.N. Teoriya reometra rotatsionnogo tipa dlya ispytaniya polimernykh dobavok v turbulentnom rezhime // Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov. 2019. T. 9. № 1. S. 40–45.

6. Reichardt H. On the Velocity Distribution in a Rechtilinear Turbulent Couette Flow // Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik. 1956. Special Supplement. P. 26–29.

7. Robertson J.M., Johnson H.F. Turbulence Structure in Plane Couette Flow // Journal of the Engineering Mechanics Division. 1970. Vol. 96. Iss. 6. P. 1171–1182.

8. El Telbany M.M.M., Reynolds A.J. Turbulence in Plane Channel Flows // Journal of Fluid Mechanics. 1981. Vol. 111. P. 283–318.

9. Lur'e M.V., Podoba N.A. Modifikatsiya teorii Karmana dlya rascheta sdvigovoi turbulentnosti // Doklady AN SSSR. 1984. T. 279. № 3. S. 570–575.

10. Golunov N.N. Gidrodinamicheskoe obosnovanie ispol'zovaniya teorii Karmana dlya rascheta gidravlicheskogo soprotivleniya sherokhovatykh truboprovodov v prisutstvii protivoturbulentnykh dobavok // Territoriya «NEFTEGAZ». 2018. № 10. S. 66–70.

11. Golunov N.N. Identifikatsiya parametrov protivoturbulentnoi prisadki // Territoriya «NEFTEGAZ». 2019. № 11. S. 76–82.

12. Golunov N.N. Osobennosti testirovaniya protivoturbulentnykh prisadok v diskovykh reometrakh // Territoriya «NEFTEGAZ». 2020. № 1–2. S. 88–96.