流体力学基础知识注水管网及注水泵

1、流体力学基础知识注水管网及注水泵内 容 提 要 注水系统 流体力学基础知识 管道水力计算 泵的种类及原理 离心泵 柱塞泵 其他设备 注水系统1 注水目的2 注水系统结构3 注水站组成4 注水工艺5 注水效率要求1 注水的目的 油田投入开发后，如果没有相应的驱油能量补充，油层压力将随着开发时间，逐渐下降，引起产量下降，使油田的最终采收率下降。 通过油田注水，可以使油田能量得到补充，保持油层压力，达到油田产油稳定，提高油田最终采收率的目的。2 注水系统结构3 注水站构成 站内注水工艺流程主要考虑满足注水水质、计量、操作管理等方面要求。 站内流程： 来水进站计量水质处理储水罐泵出。 储水罐作用： 1

2、）储备作用 为泵储备一定水量； 2）缓冲作用 避免供水管网压力不稳； 3）分离作用 沉降颗粒和油滴。 注水泵前设置计量仪表；泵出口设置止回阀和控制阀，控制阀前设有回流管道，阀后设有高压阀组。 润滑系统：润滑电动机和泵的轴承。包括润滑油泵、油箱、过滤器，冷却器和缓冲器。 冷却系统：分直流冷却和循环冷却。循环冷区包括冷却泵、冷却塔、冷却罐三部分。 加药系统：在水罐出口处设投加阻垢剂、杀菌剂等。3 注水站构成3 注水站构成4 注水工艺单管多井配水流程图单管单井配水流程图4 注水工艺双管多井配水流程图分压注水流程图4 注水工艺（增压注水）增压注水流程图单井配水间配水流程：来水汇管 上流阀门 水表 下流

3、阀门 4 注水工艺5 注水效率要求注水系统各部分的效率值 流体力学基础知识1 流体的定义2 流体物理性质3 流动参数4 流体的能量5 管流流态6 水头损失1 流体的定义 流 体流体：指受到微小剪切力会发生连续不断变形 的变形体。2 流体物理性质 粘 性 牛顿在自然哲学的数学原理指出：相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。不同流体粘性1 粘性产生的原因(1) 液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成(2) 气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成 粘 性2 壁面不滑移假设 由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固壁上的流体质点与固壁一起运动。 粘

4、性3 牛顿内摩擦定律 粘 性 牛顿在自然哲学的数学原理中假设：“流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力，同这两部分彼此分开的速度成正比”。即在图中，粘性切应力为Eg.1 柱塞泵活塞直径为，缸体直径12cm，活塞长度为14cm，润滑油粘度为，当活塞移动速度为时，所产生的摩擦力多大？ 例题3 流动参数 压 力（压强） 压力是由于流体的重而在单位面积上所产生的作用力。其中：P0：流体表面的压强；h：所求点的沉没深度。1 压力的表示方法 压 力（压强） 相对压强（Relative Pressure）：又称“表强”，用p表示，p= pabs pa 。 真空（Vacuum）：是指绝对压强小于一个大气压的状态。

5、真空高度 绝对压强（Absolute Pressure）：用pabs表示，pabs 0 。真空值pv2 压力的单位a. 应力单位 N/m2，Pab. 大气压 标准大气压：1标准大气压105 Pa=101.3 kPa 工程大气压：1工程大气压104 c. 液柱高水柱高mH2O： 1 mH2O= 9.8 kPa汞柱高mmHg： 1 mmHg=133 kPa 压 力（压强）Eg1.若人所能承受的最大压力为 1.274 MPa（相对压强），则潜水员的极限潜水深度为多少？ 例 题Eg2.蛟龙号设计潜水深度为7000m，则该深度下其表面受到的压力为？Eg3.设如图所示，h=2m时，求封闭容器A中的真空值。

6、 例 题pahvAB水空气pabs解：设封闭容器内的绝对压强为pabs， 真空值为pv 。 则： pabs =paghv 根据真空值定义： pv= pa pabs= pa (pa ghv ) = ghv = 98002 =19.6 kPa 3 液体测压计 压 力（压强）4 金属测压计 压 力（压强）3 流动参数 流量1 体积流量Q（m3/s）2 质量流量（kg/s）u=u(r) 速 度u=u(r)v1 实际速度u2 平均速度v4 流体的能量 位 能4 流体的能量 动 能4 流体的能量 压 能4 流体的能量 伯努利能量方程hj 沿程水头损失h 局部水头损失其中： 伯努利能量方程 流体流经节流装置

7、时，流速增加、压力降低。通过测量节流前后的压差，从而确定流量。 节流式流量计原理 伯努利能量方程孔板流量计：4 流体的能量沿程阻力阻力分类局部阻力沿程水头损失局部水头损失5 管流流态 层流及紊流层流：流速不大时，整个流场呈一簇互相平行的流线。湍（紊）流：流速超过一定值后，流体质点作复杂的无规则的运动。着色流束与周围流体相混。过渡流：流速逐渐加大时，流体质点的运动处于不稳定状态。着色流束开始振荡。5 管流流态 流态判别标准雷诺数：工程上常用的圆管临界雷诺数层 流：紊 流：6 水头损失 沿程水头损失达西公式： 沿程水头损失粗糙度例 题 长为1km的输水管路管径为75mm，水流量为，求该条件水在该管

8、内流动的水头损失值？（管路的当量粗糙度，水的运动粘度为10-6m2/s)解：管内速度：雷诺数：相对粗糙度：阻力系数，查图有水头损失：6 水头损失 局部水头损失管道突然缩小的损失系数：1v122(C) 局部水头损失管道出口管道突然扩大到水池或容器，有，则v(a)直角进口(b)圆角进口(c)外伸进口管道进口 局部水头损失阀门的局部阻力系数：开度 k0 阀门的阻力系数随阀门的开度k变化而变化。当开度大到一定值后，其阻力系数变化较小；而当开度小于一定值后，阻力系数迅速增大；开度为0时，阻力系数无限大。 管道水力计算1 管道分类2 管道性能曲线3 串联管路4 并联管路分支管路注水管路的结垢1 管道分类液

9、 体管 壁压力管路液体自由面 管 壁无压管路 工程中，常用各种有压管道输送液体，如注水管线；水电站压力引水钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及管网；输送石油的管道。 压力管道：管道被流体充满，流体在压力驱动下运动。 管道按布置分 简单管道 复杂管道 串联管道 并联管道 分枝管道 短管 长管 两种水头损失大小局部水头损失、流速水头占总水头损失比例较大（大于5%），计算时不能忽略沿程水头损失水头为主，局部损失和流速水头在总水头损失中所占比重很小。1 管道分类轮南哈密靖边银川龙岗武汉忠县淮阳上海青山杭州安平北京红柳重庆龙岗气田长武湘潭大庆乌鲁木齐兰州克拉玛依市格尔木市花土沟涩北宁波长

10、春鞍山南宁南昌广州The Second West-East Gas Pipeline Project to be built2 管道性能曲线根据水头损失公式：2 管道性能曲线hwQ管路特性曲线：2 管道性能曲线hwQz2-z1有位差：2 管道性能曲线hwQz2-z1泵的特性曲线3 串联管道 由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子依次连接在一起的管道。串联管道水力特性：（1）各节点流入流出流量相等（2）总损失等于各段管道中损失之和3串联管道v0Q1Q2Q3q1q2l1 d1l2 d2l3 d3hf1hf2hf 311H3 串联管道串联管路的特性曲线：？4 并联管道 由几条简单管道或串联管道，入口

11、端与出口端分别连接在一起的管道系统。并联管道水力特性：（1）总流量是各分管段流量之和。（2）并联管道的损失等于各分管道的损失。AQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQQhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1 d1 Q1l3 d3 Q3l2 d2 Q2HBHA4 并联管道5 分支管路分支管道水力特性：（1）流入汇合点的流量等于自汇合点流出的流量。（2）沿一条管线的水头损失是各段水头损失之和。5 分支管路5 分支管路计算问题新建管道，确定管径、起点压力 已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用水量、用户所需自给水头，确定管径和管网起点水压。1 根据管网布置图，

12、将管网分段编号2 用连续性方程确定各段流量3 以经济流速确定各段管径4 取标准管径后，计算流速和摩阻5 按长管计算各段水头损失hw6 按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。5 注水管路的结垢结垢的危害性：（1）管线的结垢明显会降低整个注水系统的流量和效率。（2）管线结垢使管道缩径，流通截面积变小，造成压力损失、排量减小及管道堵塞。（3）结垢诱发注水井管线局部腐蚀，并且因腐蚀导致注水管线漏失频繁，甚至可使注水井管线穿孔，造成破坏性事故。（4）注水系统维修作业耗资巨大，处理一次注水管线漏失一般需几千元， 泵的种类及原理1 叶片式泵2 容积式泵3 其他形式4 泵对液流能量的增加1 叶片式泵 原 理优点：转速高，体积小，效率高，流量大，结构简单，性能平稳，容易操作和维修。离心泵 离心泵1 叶片式泵 混流泵1 叶片式泵 轴流泵轴流泵特点：大流量、低扬程、高比转数、高效率，性能参数可变性，以及适合低水位条件等特点 1 叶片式泵2 容积式泵原理：通过运动部件和静止部件之间，或者两个运动部件之间的容积的周期性变化来和流体进行能量交换。 往复式