Материал: Горюче-окислительные составы для обработки нефтяных скважин Методические указания
На шарик, движущийся в жидкости, действуют три силы: сила сопротивления FC; выталкивающая сила (сила Архимеда) FA; сила тяжести P = mg.
|
4 |
|
|
3 |
|
|
|||
FA |
|
|
|
|
r |
|
ж g |
(3) |
|
|
|
|
|
||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|||
|
4 |
|
|
3 |
|
|
|
||
P |
|
|
r |
|
ш g |
(4) |
|||
3 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
где ρш – плотность материала шарика, кг/м3; ρж – плотность материала жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с2.
Сила тяжести и выталкивающая сила постоянны по модулю, не меняются, а сила сопротивления среды изменяется: она зависит от скорости движения тела: чем больше скорость, тем больше сила сопротивления среды.
Шарик бросается в цилиндр с вязкой жидкостью с некоторой высоты h. От точки бросания до поверхности жидкости шарик движется под действием силы тяжести с ускорением, равным g (сопротивление воздуха не учитывается). При попадании в жидкость скорость шарика оказывается большой и, следовательно, сила сопротивления среды также имеет большое значение. Под действием этой силы сопротивления среды скорость шарика уменьшается и наступает момент, когда скорость шарика становится постоянной, то есть равнодействующая всех трех сил становится равной нулю. При равномерном движении шарика сумма сил FA и FC , направленная вверх, по модулю равна силе Р, направленной вниз:
P FA FC |
|
|
|
|
|
(5) |
|
Подставляя в (5) значения Р, FA и FC из (2), (3), (4), найдем из |
|||||||
этого уравнения коэффициент вязкости: |
|
||||||
|
2r 2 g |
ш |
|
ж |
|
(6) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
9 |
|
|
|
|
|
|
Для проведения эксперимента подготовить сосуд. На весах измерить массу шарика и микрометром диаметр шарика. Бросив шарик в ГОС с высоты 10 – 20 мм, измерить секундомером время его движения между отметками на сосуде,- занести результаты в табл. 1.
16
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Реологические характеристики ГОС |
|
||||
№ |
Плотность |
Расстоян |
Диамет |
Вре |
|
Динами |
п\п |
исследуемог |
ие между |
р |
мя, |
|
ческая |
|
о состава, ρ, |
метками, |
шарика, |
∆t, с |
|
вязкость, |
|
кг/м3 |
м |
d, м |
|
|
η, (Н·с)/м2 |
Состав №1 |
|
|
|
|
|
|
Состав №2 |
|
|
|
|
|
|
6. Проанализировать полученные результаты и сделать |
||||||
выводы. |
|
|
|
|
|
|
7. Оформить и сдать отчет. |
|
|
|
|
||
Содержание отчета:
1.Название и цель лабораторной работы.
2.Теоретические сведения по теме лабораторной работы.
3.Результаты экспериментальных испытаний.
4.Расчет и обработка результатов испытаний.
5.Анализ и обсуждение полученных результатов.
6.Выводы по работе.
Лабораторная работа №2 Определение воспламеняемости и характеристик горения горюче-
окислительного состава в стендовых условиях
Цель работы: оценка работоспособности предложенного ГОС по характеристикам горения, в частности изучения его воспламеняемости, скорости горения и зависимость скорости горения от давления.
Оборудование, приборы, приспособления и материалы: состав ГОС, стендовая установка постоянного объема, цилиндрический корпус, термоисточник ТИМ.
Порядок проведения работы:
1. Изучить теоретические сведения о воспламеняемости и характеристик горения ГОС.
2.Изучить инструкции и ознакомиться с порядком работы на оборудование, приборах (в лаборатории кафедры ТТХВ инструкции № 1584, № 1585).
3.Изучить свойства компонентов, входящих в состав ГОС.
4.Приготовить состав (по заданию преподавателя).
17
5. Изготовить опытные образцы для определения воспламеняемости и характеристик горения ГОС в стендовых условиях. Залить приготовленный состав в цилиндрический корпус из легкого материала с размерами: высота 140 мм, внутренний диаметр 60 мм, толщина стенки 1 мм. Затем на поверхность ГОС установить и закрепить воспламенитель (рис 3).
Рис. 3. Опытный образец для определения характеристик горения ГОС 1 – корпус; 2 – ГОС; 3 – крышка-втулка; 4 – узел воспламенения;
5 – переходник
После окончания желатинообразования ГОС, т. е. перехода его из жидкого состояния в твердое эластичное состояние, к корпусу закрепить переходник, который служит для присоединения к кабельной головке при выполнении спуска устройства в стендовую установку.
6. Провести испытания на стендовой установке (рис.4) с целью определения скорости горения.
Определение характеристик горения состава производится на стендовой установке постоянного объема (рис. 4), состоящего из толстостенного цилиндрического сосуда внутренним диаметром 100 мм и высотой 1600 мм с полным объёмом камеры 12,3 литра для размещения и сжигания образков в жидкой среде. На боковой поверхности сосуда имеется отверстие для пьезоэлектрического датчика давления марки PCB. Электрическая цепь датчика давления соединена через усилитель электрических сигналов АЦП марки L-783. Для регистрации изменения давления во времени в процессе горения испытуемого состава ЭВМ и программный комплекс L-graph.
18
Рис. 4. Схема стендовой установки 1 – электрическая линия; 2, 11 – верхняя и нижняя крышка;
3, 10 –пробки; 4 – предохранительный клапан; 5 – образец состава для предварительного давления; 6 – сопротивление; 7 – образец состава для воспламенения ГОС; 8 – устройство с ГОС; 9 – корпус автоклава; 12 –вентиль для сброса давления; 13 – регистрирующая станция; 14 – пьезоэлектрический датчик; 15 – пусковое устройство
Для создания предварительного начального давления в автоклаве используется заполненный в трубку из ПВХ (высотой 80 мм, диаметром 63 мм) штатный состав ТИМ.
Сжигание образца осуществляется следующим образом. Подготовленный заряд из ТИМ (для создания предварительного давления) и образец с ГОС укрепляется в держателе и устанавливается в автоклаве, заполненной скважинной жидкостью, в качестве которой используется вода. При этом необходимо оставить свободный объём воздушного пространства, который определяется по массе сжигаемого образца.
Один конец электрозапального провода от образца для предварительного начального давления и воспламенителя ГОС подсоединяется к изолированному металлическому стержню, а другой
19
на массу, причем для воспламенения ГОС устанавливалось дополнительное сопротивление с целью инициирования ГОС, когда в сосуде создано избыточное давление.
Сосуд герметизируется пробкой и крышкой. С пульта управления, расположенного вне кабины, на узел воспламенения предварительного заряда подается электрический импульс, с напряжением в 8 В, от которого срабатывает образец для создания предварительного начального давления. Затем подается электрический импульс с напряжением в 36 В на узел воспламенителя ГОС, от которого осуществляется воспламенение и последующее сгорание состава. В процессе горения на ЭВМ регистрируется изменение давления во времени, по которой производится оценка времени и средней скорости горения состава.
Кривая Р(τ) (рис. 5) имеет ступенчатый характер, где первый подъем соответствует горению слоев состава для создания предварительного начального давления, второй подъем соответствует процессу горения ГОС. Зная время горения каждого состава и высоту можно рассчитать значение средней скорости горения в том или ином
пределе горения. |
|
Скорость горения определяется по формуле: |
|
U = l / τ, |
(7) |
где l – высота слоя, мм; |
|
τ – время горения состава, сек. |
|
Рис. 5. Зависимость давления от времени горения
Для этого на кривой Р(τ) выделяются точки начала и конца горения состава. Время горения определяется проведением перпендикуляра с этих точек на ось абсцисс с отметками времени.
20