赫巴流体在圆管中流动状态的转变

Ｒ ｒ（一） ＋ ｏ尺 ｒ］ ） ０
（ ４）
２２ ５２
科
学
技
术
与
工
程
１ ２卷
这 里 ， 们定 义 ， 因次 流核 半＾ 我 无 ＾
＝
Ｒ ，： ｅ ＝
（ ） １ ３ 一
素
（ ５ ） ，
（ ｕ ６ ）
将 式 （３ 代人 式 （２ 得 ， １） １）
８ ０ ： ／ ＇ ３
中油吉化污水处理厂 ， 吉林 １２ ０ ；吉林油 田钻井工艺研究院 松原 １８ ０ ） ３００ ， ３ ０ ０
摘
要
用 稳定 性参数 Ｙ研 究 了赫 巴流体在圆管 中的流 动状 态， 得到 了确定 其流 动状态 的判据。通过理 论分析 以及实验 资
料 ， 比其他 ２种 流态判别准则计算结果表 明， 对 稳定性参数 ｙ具有较好 的适应性和准确性。 关键 词 赫 巴流体 流动状态 稳定性参数 ｌ ，
＝
（ －） （ ｒ＋ ） ｒ ｒ ０１ ＿ －）］ ｎ
（） ２
流 核速 度为 ：
。 ＝
（ 一） ） 。 （
（ ３ ）
处 于层 流 （ 或结 构 流 ） 态 ； 状 Ｙ＞ｒ ， ｏ时 流体 的流 动处
２１ ０ ２年 ２月 ８ 日收 到
ｕ
平均 速度 ：
中图法 分类 号
Ｏ ９． ； ３ １２
文献标 志码
Ａ
１ 流体 的流态 转变及稳定性参数 ｌ ，
２ ０世 纪 ５ ０年代 ， ｏｇ Ｄ ｄｅ和 Ｍｅ ｎｒ 先 发 现 幂 ｔｅ首 ｚ 律 流 体 的临 界雷诺 数 并 非 常 数 ， 是 流 性 指数 ｎ的 而 函数 ， 由此 可 以 引 出 ， 般 非 牛 顿 流 体 临 界 雷 诺 数 一 均 为其 流 变参 数 的 函数 。对 于 不 同的 非 牛顿 流体 ， 寻 求一 个 具 有 广 泛 适 用 性 的 流 态 判 别 准 则 是 一 个 亟 待解 决 的 问题 。 目前 ， 工程 流体 力 学 中所 研 究 的 流 体 流 变模 式
（５ １）
（／ ｏ ８ ）
根 据 式 （２ １ ）一式 （ ５ 口得 ， １ ）Ｊ
『 （） ｎ ＝ ｎ
（ ）
ｃ ＝
［ ｎ（ ｅ／ 。 １ ２ １ｎ （ ） 一 ＋川 ］ ￣
（６ １）
』 … 。
（）１ ， ＿ （
【 ， （ ≤ 或
。
则 ， ＝Ｃ ｅ Ｙ Ｒ
主 要有 牛顿 流 变 模 式 、 汉 流 变 模 式 、 律 流 变 模 宾 幂
于系 流状态 。对于 圆管 中的一 维流 动 ：
ｙ ｆｒ 丁 ＝ ｄ ｆ尺 ｒｕ ／
ｃ ，
取 临界 雷诺 数 Ｒ ＝ ０ ， ， 定性 参数 Ｉ的 ｅ ２１０ 则 稳 ， 临界值 为 Ｙ ６ ０ ｏ＝ ４ 。那 么对 于某 一 特定 的 流体 ， 可
来 分 析 流体 流 态 的转 变 。其 没 有 涉 及 到 具 体 的 流 场 及 流体 ， 因此具 有 普 遍 意 义 。对 于一 种 特 定 的 流 动 问题 ， 有 这样 一个 ， Ｙ＜ｒ 应 当 ｏ时 ， 流体 的流 动
２ 赫 巴流体 在圆管中的流态转变
赫 巴流体在 圆管 中的流速 分布 为 ：
： — —
ｙ ） （ ＝ １ （ （ 筹 ＿ １ ＋
（４ １）
无量 纲流 速 比 ：
： 一
／ Ｚ
ｍ
（） ７
将平 均速度 的表 达式代 入得 ，
根据 流体力 学原 理 ， 壁处 的剪 切应力 为 ： 管
＂ 百
＝
ｙ
若设
【 ｎ（ ） ） ２１＋ （ 】 一
＝
（） 一
ｒ ｎ ｌ Ｒ ｏ ＋
一
第一作者简介 ： 侯卓识 （９ ５ ）， １ ８一 东北 石油 大学石 油工程 学 院油气
井 工 程 专 业 硕 士研 究 生 。 研 究 方 向 ： 气 井 杆 管 柱 力 学 、 井 液 力 油 固
学 。Ｅ ｍａ ：ｎｑｅ ２９ ９ １３ ｃｍ。 — ｉ ｕ ｉｕ５０ ９ ＠ ６ ．ｏ ｌ
⑥ ２ １ Ｓ ｉ ｅｈ Ｅ ｇ ． ０ ２ ｃ Ｔ ｃ． ｎｒ ． ｇ
力学
赫 巴流体 在 圆 管 中 流 动状 态 的转 变
侯卓识 周 宇鹏 任照照 赵 建忠
（ 东北石油大学石油工程学院 大庆 １３ １ ； ， ６ ３ ８ 大庆油 田有限责任公 司采 油四厂 大庆 １３ １ ； ， ６ ３８
根据 前文 ， ｏ＝６０ 则 ｒ ４，
ｒ ｏ
＝
。
与 实验 的相符 程 度更 高 。下 面利 用 这 种 方法 ， 研 来 究 赫 巴流体 在 圆管 中流 动状态 的转 变 。
式、 卡森 流 变模 式 和 赫 巴 流变 模 式 。其 中赫 巴流 变 模 式作 为幂 律 方程 与 宾 汉 方程 的综 合 与 改 进 ， 能 既 反 映流 体 的 塑 性 特 征 ， 能 反 映 流 体 的假 塑 性 特 又 征， 在近 似解 中更 准 确 ， 符 合 实 际 情 况 ， 较 好 地 更 能 反 映钻井 液 和水 泥浆 的 流变 性 ， 适 应 范 围广 和 精 有 度 高 的特点 。稳 定 性 参 数 ｌ理 论 通 过 涡 旋 模 型 ，
根 据 来 确定 其 在 圆管 中的广 义 临界 雷诺 数 。前 人 利用该 理 论 已 经 对 卡 森 、 律 、 汉 流 体 的 幂 宾 流 态转变 问题 进行 了研 究 ， 现 其结 果 相 比 已有 的 发 Ｍ． 定理 论 以及 Ｈ ｎ ｓ 定 理 论 均 要更 加 精 确 ， Ｔ稳 ａｋ 稳
第 １ ２卷
第 １期 １
２ １ ４月 ０ ２年科学来自技术与
工
程
Ｖｏ ．１ Ｎｏ １ Ａｐ ．２ ２ １ ２ ．１ ｒ ０１
ｌ ７ — １ １ （ ０ ２ １ —５ １０ ６ １ ８ ５ ２ １ ） １２ ２ —４
Ｓ ｉｎ ｅＴ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏｙ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｎ