Стационарные и нестационарные термогидравлические процессы жидкости в трубопроводе при ламинарном течении
| Parent link: | Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов=Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering/ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.— .— Томск: Изд-во ТПУ, 2015-.— 2413-1830 Т. 337, № 1.— 2026.— С. 152-162 |
|---|---|
| Daljnji autori: | , , , , |
| Sažetak: | Актуальность. Во многих отраслях техники приходится в той или иной мере сталкиваться с необходимостью проведения расчетов различного рода трубопроводов, решения задач о движении жидкости, исследования явления теплообмена при течении жидкости вблизи твердых стенок. В зависимости от степени вязкости жидкости и скорости ее движения режим течения может быть в каждом конкретном случае ламинарным или турбулентным, что влияет на распределение температуры вдоль трубопровода. На нефтяных и газовых месторождениях, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, возникает необходимость использования электрообогрева для различных видов нефте- и газопроводов, водопроводов, проложенных на поверхности (открытых), или их отдельных частей, выходящих на поверхность на территориях кустов скважин, технологических площадок, дожимных насосных станций, установок предварительного сброса воды и газа, компрессорных станций, пунктов сбора нефти и т. п. Выбор мощности и схемы электрообогрева определяется результатами теплотехнических расчетов. Существующие инженерные решения базируются на упрощенных эмпирических моделях и не учитывают комплексное взаимодействие гидродинамических, тепловых и электрических процессов, что приводит к высоким энергозатратам и снижению надежности транспортировки жидкостей или газов. В статье производится расчет распределения скоростей в поперечном и продольном сечении трубы с целью определения температурного распределения трубы. Цель. Определение распределения скорости жидкости в поперечном сечении трубы и температуры вдоль трубы при ламинарном режиме течения на основе уравнений Навье–Стокса, уравнения непрерывности и уравнения теплопроводности. Методы. Аналитический метод расчета уравнений Навье–Стокса и уравнения непрерывности. Результаты и выводы. Получены аналитические зависимости распределения скорости жидкости в поперечном сечении трубы при установившемся и переходном ламинарных режимах течения. Показано влияние скоростного режима на коэффициент теплоотдачи на границе «жидкость – стенка трубы». Определены собственные числа и функции Нуссельта, позволяющие представить температурное поле жидкости в виде ряда и рассчитать распределение температуры вдоль трубопровода. Результаты могут быть использованы при теплотехнических расчетах и при проектировании систем электрообогрева трубопроводов Relevance. Many branches of engineering require, to varying degrees, the calculation of pipeline systems, the analysis of fluid flow, and the investigation of heat transfer phenomena occurring during fluid motion near solid boundaries. Depending on the fluid viscosity and flow velocity, the flow regime may be laminar or turbulent, which significantly influences the temperature distribution along the pipeline. In oil and gas fields operating under harsh climatic conditions, electric heating systems are widely used for oil, gas, and water pipelines installed on the surface or for individual sections exposed at the surface in well clusters, process facilities, booster pumping stations, preliminary water and gas separation units, compressor stations, and oil collection points. The selection of the electric heating configuration and power is determined by thermal engineering calculations. However, existing engineering approaches are largely based on simplified empirical models and do not adequately account for the coupled interaction of hydrodynamic, thermal, and electrical processes, which leads to increased energy consumption and reduced reliability of fluid and gas transportation. This article presents a calculation of the velocity distribution in the cross-sectional and longitudinal directions of a pipe in order to determine the corresponding temperature distribution. Aim. To determine the fluid velocity distribution in the pipe crosssection and the temperature distribution along the pipe under laminar flow conditions based on the Navier–Stokes equations, the continuity equation, and the heat conduction equation. Methods. Analytical method is employed to solve the Navier–Stokes equations and the continuity equation. Result and conclusions. The authors have obtained the analytical expressions for the fluid velocity distribution in the pipe cross-section for both steady-state and transient laminar flow regimes. The paper demonstrates the effect of the flow regime on the heat transfer coefficient at the fluid–pipe wall interface. The authors determined the Nusselt eigenvalues and eigenfunctions, enabling the fluid temperature field to be represented as a series and the temperature distribution along the pipeline to be calculated. The results can be applied in thermal engineering calculations and in the design of electric heating systems for pipelines Текстовый файл |
| Jezik: | ruski |
| Izdano: |
2026
|
| Teme: | |
| Online pristup: | bulletin_tpu-2026-v337-i01-14.pdf https://doi.org/10.18799/24131830/2026/1/5475 |
| Format: | Elektronički Poglavlje knjige |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=685124 |