Фазы развития гидроудара - Гидравлический удар
Как же развивается явление гидроудара? Рассмотрим это на самом простом примере -- внезапном заполнении жидкостью пустой трубы постоянного сечения, погруженной на некоторую глубину. Один конец этой трубы закрыт жесткой заглушкой, а другой свободно сообщается с окружающей жидкостью. Кстати, практически то же самое будет, если рассматривать резкое перекрытие установившегося потока в такой же трубе, только там будет отсутствовать первая фаза -- заполнение пустой трубы, -- а роль заглушки будет играть перекрывшая трубу заслонка.
Схема возникновения гидравлического удара при заполнении жидкостью пустой трубы.
Голубым цветом обозначена внешняя среда с исходным давлением, светло-голубым -- область пониженного давления, синим -- область повышенного давления (зона гидроудара). Синие стрелки показывают перемещение вещества среды (жидкости), красные -- перемещение границы зоны повышенного давления (без существенного перемещения вещества). H -- глубина (напор) на входе трубы; H -- перепад высот трубы, L -- длина трубы от входа до заглушки. Цифрами обозначены фазы развития явления.
Таблица 1. Фазы развития гидравлического удара
№ фазы |
Название фазы |
Описание фазы |
1 |
Заполнение трубы |
Под действием внешнего давления жидкость заполняет трубу, при этом в соответствии с законом Бернулли ее давление несколько меньше давления неподвижной среды вне трубы. |
2 |
Встреча с препятствием |
Жесткая заглушка внезапно останавливает поток, который ударяется в нее. Однако практически вся жидкость в трубе еще продолжает свое движение вперед. |
3 |
Рост зоны повышенного давления |
Головная часть потока остановилась и ее кинетическая энергия перешла в потенциальную энергию упругой деформации жидкости и стенок трубы, вызвав в этой области повышение давления. Но до "хвоста" потока это воздействие еще не дошло, и там жидкость продолжает двигаться в прежнем направлении. Граница области повышенного давления (ударная волна) перемещается от заглушки ко входу трубы, при достаточной жесткости трубы эта скорость практически равна скорости распространения упругих колебаний в среде, т. е. скорости звука в жидкости. |
4 |
Максимум повышенного давления |
Ударная волна достигла входа трубы и вышла в неподвижную среду. Поскольку внешняя среда неподвижна относительно стенок трубы, она уже не добавляет свою кинетическую энергию и не оказывает существенного сопротивления сжатой жидкости в трубе, и та начинает двигаться из зоны повышенного давления наружу. Кроме того, в свободной среде стенки трубы уже не ограничивают и не "фокусируют" ударную волну, так что она распространяется во все стороны, быстро теряя силу. Таким образом, достигнув входа трубы, ударная волна "рассеивается" и "гаснет". Более подробно этот момент рассмотрен ниже. |
5 |
Начало обратного движения |
Поскольку у входа в трубу давление относительно невысоко, сжатая жидкость двигается туда под действием повышенного давления внутри трубы. При этом потенциальная энергия упругой деформации снова превращается в кинетическую энергию, но движение уже направлено в обратную сторону. В результате граница зоны неподвижной жидкости под повышенным давлением перемещается от входа в трубу обратно к заглушке, оставляя у входа зону немного пониженного давления, в которой жидкость движется обратно ко входу трубы. Скорость перемещения этой границы в случае достаточно жесткой трубы также равна скорости распространения упругих деформаций в среде, т. е. скорости звука в жидкости, однако перепад давления на границе не такой резкий, как при распространении ударной волны -- зона границы существенно шире. Причиной этого являются особенности процесса рассеивания ударной волны у входа в трубу на предыдущей фазе. При падении давления вся потенциальная энергия упругой деформации снова переходит в кинетическую энергию жидкости (за вычетом неизбежных потерь, которые могут быть весьма малы), поэтому скорость "разряженной" жидкости почти равна ее скорости до остановки, только направлена теперь в сторону входа. |
6 |
Окончание сжатия |
В момент, когда граница зоны пониженного давления достигает заглушки, во всей трубе жидкость снова испытывает пониженное давление и движется обратно ко входу со скоростью, равной скорости потока в трубе в фазе 2. |
7 |
Фаза разрежения (отрыва) |
Двигаясь в сторону входа трубы, жидкость в силу инерции стремится оторваться от заглушки. Поэтому, если гидроудар был достаточно сильным, то возле заглушки образуется зона разрежения, где жидкость отсутствует и давление близко к нулю (именно вакуум, а не атмосферное давление). Однако жидкость, выходящая из трубы, движется не в пустоту, а в среду, представляющую собой ту же жидкость, только неподвижную. Сопротивление этой среды достаточно быстро затормозит движение жидкости к выходу и вместе с зоной разрежения возле заглушки вновь заставит жидкость двигаться от входа внутрь трубы, тем самым повторяя фазу 1 (естественно, уже с меньшей энергией, потери которой, как всегда, неизбежны). При слабом гидроударе жидкости не удается оторваться от заглушки, однако все равно давление существенно снижается относительно давления вне трубы (настолько, насколько оно повысилось в фазе сжатия). В этом случае выделяют фазы распространения отрицательной ударной волны (границы зоны с низким давлением) ко входу трубы и ее возвращения обратно под действием внешнего давления, однако при сильном гидроударе с отрывом жидкости от заглушки появляется еще и фаза "замирания". Впрочем, самостоятельное значение этих фаз не очень велико, поэтому все их объединяем в одну фазу разрежения. Чуть ниже это рассмотрено более подробно. |
Похожие статьи
-
ОПИСАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА - Гидравлический удар
Более-менее заметно гидравлический удар проявляется только в жестких трубопроводах при большой скорости потока. Он происходит тогда, когда движущаяся с...
-
ВВЕДЕНИЕ - Гидравлический удар
Общая протяженность подземных нефте-, газо - и водопроводов в Российской Федерации составляет около 17 млн км, при этом из-за постоянных интенсивных...
-
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖИМА БУРЕНИЯ - Расчет гидравлической программы проводки скважин
Расчет промывки скважины Выбор расхода бурового раствора Расход рассчитываем по справочнику по промывке скважин. Непрерывная циркуляция бурового раствора...
-
Подбор скважин, подготовка данных и проектирование ГРП При выборе кандидатов для ГРП необходимо сделать следующие шаги: - сбор данных о характеристиках...
-
Оборудование, применяемое при ГРП на Повховском месторождении На Повховском месторождении ТПП "Когалымнефтегаз" гидравлический разрыв пласта производится...
-
При исследовании внутреннего строения нашей планеты чаще всего проводят визуальные наблюдения естественных и искусственных обнажений горных пород,...
-
Гидравлический расчет циркуляционной системы - Бурение нефтяных и газовых скважин
Целью гидравлических расчетов при промывке скважины в процессе бурения является нахождение оптимального расхода жидкости, обеспечивающего работу забойных...
-
Технология и моделирование процесса ГРП Гидравлический разрыв - процесс, при котором давление жидкости воздействует непосредственно на породу пласта...
-
(2.35) Воспользовавшись графиком для определения в пункте 2.1.1, находим, что м М < >- спокойное состояние потока Выясняя условие сопряжения бьефов...
-
При ГРП расчет сводится к определению следующих данных: - основных технологических показателей процесса гидроразрыва пласта; - увеличения...
-
Внутреннее строение Земли - Развитие представлений о внутреннем строении земли и методы ее изучения
Рисунок 1. Разрез Земли Толщина Земной коры (внешней оболочки) изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков...
-
Перед началом операции ГРП все поверхностное оборудование должно быть осмотрено и опрессовано до величин давления, превосходящих предполагаемое рабочее...
-
Вынос жидкости и проппанта из скважины после ГРП. Оптимальные процедуры выноса жидкости и проппанта для каждой скважины являются индивидуальными. Если...
-
Расчет параметров закачки производится инженерной службой организации, которая производит гидроразрыв, после получения исходных параметров по скважине от...
-
Описание технологии ГРП - Использование гидравлического разрыва пласта при добыче нефти
1) Геологической службой управления составляется информация установленной формы для расчета ГРП. 2) Составляется программа проведения ГРП по результатам...
-
Расчет прочностных характеристик НКТ - Гидравлический разрыв пласта
Данный расчет несет непосредственную важность, по той причине, что превышение пределов прочности НКТ может привести к аварии, что повлечет за собой...
-
Расчеты, производимые перед ГРП, Расчет параметров ГРП - Гидравлический разрыв пласта
Расчет параметров ГРП Для каждой из вышеупомянутых скважин проводился первичный расчет темпов закачки и параметров закачиваемой смеси, а также расчет...
-
Критерии выбора скважин, Процесс ГРП - Гидравлический разрыв пласта
Критерии выбора скважин были определены исходя из особенностей строения Сугмутского месторождения и схемы его разработки. 1 Для проведения ГРП...
-
Твердая фаза - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Коэффициент теплопроводности зависит от минерального состава, формы, размеров и пространственных ориентации кристаллов или зерен, а также температуры и...
-
ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ - Расчет гидравлической программы проводки скважин
Практика бурения показывает, что лучшие результаты обычно достигаются при применении комбинированных способов бурения, когда отдельные интервалы бурятся...
-
При изменении уклонов, на входном и выходном участках быстротока, на входной части перепада скорость потока в большинстве случаев превосходит допустимую...
-
Древний Египет - История и развитие геодезии
Примерно 6 000 лет назад в Египте зарождается земледелие. Разливы Нила, с одной стороны приносили стране плодородие, с другой - грозили наводнениями,...
-
Отводящий канал - Дорожные водопроводящие сооружения. Гидравлический расчет
Для защиты от размыва низового откоса земляного полотна дороги и выходной части водопропускного сооружения часто устраивают водоотводные искусственные...
-
Определение гидравлических потерь в гидролинии - Объемный гидропривод
В этом расчете учитывают потери по длине и на местных сопротивлениях, используя принцип сложения потерь напора Где - коэффициент трения; L - длина...
-
1) Геологической службой управления составляется информация установленной формы для расчета ГРП. 2) Составляется программа проведения ГРП по результатам...
-
Заключение - Размещение и развитие нефтяной промышленности
В настоящее время человечество переживает углеводородную эру. Нефтяная отрасль является главной для мировой экономики. В нашей стране эта зависимость...
-
Оборудование, используемое при ГРП, может включать в себя: - емкости для рабочей жидкости; - емкости для проппанта; - блендер; - насосные установки; -...
-
Проведение ГРП требует применения специальных жидкостей, закачиваемых при больших скоростях и давлениях для создания системы трещин. При кислотном ГРП...
-
Состояние колонн труб. Инженер, проектирующий ГРП, должен учитывать параметры и состояние колонн труб. Колонны труб имеют определенные пределы текучести...
-
Основные представления о механизме гидравлического разрыва пласта Гидравлический разрыв пласта представляет собой механический метод воздействия на...
-
Описание гидрогеологических условий составляется на основе анализа колонок буровых скважин, геолого-литологического разреза и карты гидроизогипс. В...
-
Заключение - Альтернативная энергетика и возможности ее развития в России
Нужно отметить, что в России еще нет таких законов, которые бы регулировали альтернативную энергетику и стимулировали ее развитие. Равно как и нет...
-
Энергия солнца - Альтернативная энергетика и возможности ее развития в России
Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в 6,7 раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование...
-
В результате ГРП уменьшилась обводненность большинства скважин. Особенно эффективной технология оказалась применена на примере скважины 1336. Высокий...
-
В таблице дана помесячная динамика дебита нефти и жидкости по каждой скважине, причем отсчет (первый месяц) начинается с месяца, следующего за месяцем,...
-
Прослеживается достаточно четкая зависимость между количеством закачанного проппанта (на 1м. эффективной толщины пласта) и удельным дебитом скважины...
-
Схема дробления -- это графическое изображение последовательности операций при дроблении. Схемы дробления состоят из одной или нескольких стадий...
-
Расчет выполнен для проектного состояния русла для 3 и 4 струй. Во всех расчетных сечениях для этих струй определяются гидравлические элементы потока:...
-
Сведения о запасах и свойствах пластовых флюидов - Гидравлический разрыв пласта
Физико-химические свойства нефтей, насыщающих углеводородных газов, свободного газа в газовой шапке и свойства пластовых вод Сугмутского месторождения...
-
Расчет водобойного колодца - Дорожные водопроводящие сооружения. Гидравлический расчет
Гашение энергии в водобойном колодце осуществляется затоплением гидравлического прыжка, образующимся в колодце при входе потока с быстротока. Расчет...
Фазы развития гидроудара - Гидравлический удар