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宾汉流体在同心环空内的传热分析

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黄善波[1,2] 李兆敏[1]

[1]中国石油大学石油工程学院,山东东营257061 [2]中国石油大学储运与建筑工程学院,山东东营257061

中国石油大学学报:自然科学版
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国际标准刊号:ISSN 1673-5005
国内统一刊号:CN 37-1441

摘  要:

结合运动方程、能量方程及本构方程,建立了宾汉流体在内管作轴向运动的环空内流动和换热充分发展时的数学模型,利用因次分析法对数学模型进行了处理,并在内管恒热流、外管绝热和内管绝热、外管恒热流两种边界条件下得到了宾汉流体在环空内的速度、温度分布和管壁内、外表面的对流换热系数。结果表明,屈服应力对努塞尔数(Nu)的影响与内管的运动方向有关,并且屈服应力越小,环空内的温度分布越平缓。塑性粘度对传热的影响只有在内管运动的情况下才体现出来。内管运动方向、运动速度及边界条件的类型都对环空内的温度分布和管壁Nu产生影响。[著者文摘]

transfer;temperature profile 在工程中经常会遇到非牛顿流体在环空内的流动与传热问题,且在许多应用中内管同时也沿轴向运动,如制造过程中的挤压、拉拔和热轧等,石油钻井工程中起、下钻时钻井液或泥浆在套管和钻杆间环空内的流动等,均可简化为此类问题。对非牛顿流体在静止环空内以及内管旋转或作轴向运动的环空内的流动规律研究的已很充分¨ ,而对非牛顿流体在内管作轴向运动时的传热规律则研究的较少。笔者基于传热学原理对宾汉流体在内管运动的环空内的传热规律进行分析。1 数学模型1.1 物理模型宾汉流体在环空内的结构流特点是存在两个流动区域:一个是流体无相对运动的柱塞区,另一个是流体速度发生相对变化的内、外速梯区,如图1所示。图中。,j分别为环空外管内径和内管外径,。,i分别为柱塞外径和内径,流动方向为z轴方向。为便于理论分析,假设:(1)流体是不可压缩的、流动是稳定的、充分发展的层流流动,换热也已收稿日期:2006—09—05 作者简介:黄善......
Journal of China University of Petroleum

栏目信息:

石油机械工程

分 类 号:

O373

文献标识码:

A

文章编号:

1673-5005(2007)03-0094-06

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[参考文献]

Heat transfer of Bingham fluid in a concentric annulus with an axially moving inner pipe

HUANG Shan-bo, LI Zhao-min ( 1. College of Petroleum Engineering in China University of Petroleum, Dongying 257061, Shandong Province, China; 2. College of Transport & Storage and Civil Engineering in China University of Petroleum, Dongying 257061, Shandong Province, China)

Abstract:

Combining the constitutive equation of Bingham fluid with the momentum equation and energy equation, the mathematical model in Bingham fluid flowing in a concentric annulus with an axially moving inner pipe was developed. With the dimensional analysis, the velocity profile, the temperature profile and the wall Nusselt number were obtained under the two boundary conditions. The results show that the smaller the yield stress is, the more gentle the temperature profile in annular is. The influence of yield stress on Nu number is concerned with movement direction of inner pipe. Only on condition that the inner pipe moves does the plastic viscosity have effect on heat transfer. The movement direction and velocity of inner pipe and the type of boundary condition have effect on the temperature profile in annular and the wall Nusseh number.[著者文摘]

Key words:

Bingham fluid; movement of inner pipe; annulus flow; heat transfer; temperature profile

收稿日期: 2006-09-05

作者简介:

黄善波(1970-),男(汉族),山东文登人,副教授,博士研究生,现从事非牛顿流体理论和应用研究。

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