Учебное пособие соответствует программе дисциплины "Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика". Содержание пособия охватывает традиционный круг фундаментальных вопросов гидравлики, однако основной упор делается на ее приложения к проблемам нефтегазовой отрасли. В пособие включен ряд глав и многочисленных примеров, связанных с нефтегазовым производством. Учебное пособие предназначено для подготовки бакалавров и магистров направления 130500 "Нефтегазовое дело", а также студентов, обучающихся по специальности "Физические процессы нефтегазового производства" (направление 130400 "Горное дело") и ряда других специальностей нефтегазового профиля. СОДЕРЖАНИЕ Предисловие 9 1. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ СПЛОШНОЙ СРЕДЫ 11 1.1. Строение реальных сред и допущение о сплошности 11 1.2. Основные определения сплошной среды 12 1.3. Метод Лагранжа и метод Эйлера 15 1.4. Установившееся движение сплошной среды 18 1.5. Закон сохранения массы. Уравнение неразрывности 19 1.6. Силы, действующие на частицы сплошной среды 22 1.7. Напряжения в сплошной среде 25 1.8. Уравнения движения сплошной среды в напряжениях 32 1.9. Жидкость как частный случай сплошной среды 35 2. ЖИДКОСТИ. ГИДРОСТАТИКА 42 2.1. Физические свойства жидкостей 42 2.2. Уравнения равновесия жидкости (уравнения Эйлера) 53 2.3. Распределение давления в покоящейся жидкости 54 2.4. Силы, действующие со стороны жидкости на элементы поверхности тел, погруженных в жидкость 62 2.5. Сила давления жидкости на плоскую стенку 64 2.6. Сила давления жидкости на криволинейную стенку 71 2.7. Относительный покой жидкости 74 3. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ ЖИДКОСТИ 83 3.1. Линии тока и траектории частиц жидкости 83 3.2. Объемный, массовый и весовой расходы 84 3.3. Ламинарный и турбулентный режимы течения вязкой несжимаемой жидкости 86 4. УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ ЖИДКОСТИ В ИНТЕ- ГРАЛЬНОЙ ФОРМЕ 90 4.1. Применение основных теорем механики системы мате- риальных точек к подвижному объему жидкости 90 4.2. Закон сохранения массы 96 4.3. Закон изменения количества движения 99 4.4. Закон изменения кинетической энергии. Уравнение Бер- нулли 108 4.5. Закон изменения полной энергии 121 4.6. Закон изменения момента количества движения 127 5. УРАВНЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИКИ В ДИФФЕРЕНЦИ АЛЬНОЙ ФОРМЕ 133 5.1. Интегральная теорема Гаусса-Остроградского 134 5.2. Дифференциальное уравнение неразрывности 135 5.3. Дифференциальные уравнения движения сплошной среды 137 5.4. Течение идеальной жидкости. Уравнения Эйлера 140 5.5. Течение вязкой ньютоновской жидкости. Уравнения На-вье-Стокса 141 6. ТЕОРИЯ РАЗМЕРНОСТИ. ПОДОБИЕ И МОДЕЛИРО ВАНИЕ ЯВЛЕНИЙ 144 6.1. Размерные и безразмерные величины 144 6.2. Формула размерности 145 6.3. Основной вопрос теории размерности 148 6.4. Размерно-зависимые и размерно-независимые величины. 149 6.5. Доказательство основной теоремы теории размерности (? -теорема Букингема) 151 6.6. Пример: движение вязкой жидкости в цилиндрических трубах 154 6.7. Подобие и моделирование физических явлений 157 7. ЛАМИНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКО СТИ В КРУГЛЫХ ТРУБАХ 161 7.1. Распределение касательного напряжения в сечении трубы 163 7.2. Распределение скорости жидкости в сечении трубы 164 7.3. Вычисление расхода жидкости 166 7.4. Ламинарное течение ньютоновской вязкой несжимаемой жидкости в круглой трубе 166 8. ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ 175 8.1. Коэффициент гидравлического сопротивления в турбу- лентном течении жидкости в круглой трубе 176 8.2. Уравнения Рейнольдса 182 8.3. Полуэмпирическая теория Л. Прандтля 186 8.4. Метод управления гидравлическим сопротивлением путем введения в поток антитурбулентной присадки 192 9. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ 194 9.1. Общие представления; электрическая аналогия 194 9.2. Принцип работы гидравлической системы 196 9.3. Местные гидравлические сопротивления 200 9.4. Расчет простого трубопровода 205 9.5. Расчет сифона 216 9.6. Расчет работы насосной установки 218 9.7. Расчет сложных трубопроводов 225 9.8. Трубопровод с непрерывным расходом жидкости в пути. 234 10. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ 238 10.1. Истечение жидкости через малые отверстия 238 10.2. Истечение жидкости через большие отверстия 243 10.3. Истечение жидкости через насадки 247 10.4. Определение времени опорожнения резервуаров 254 10.5. Расчет объемных потерь нефти при разгерметизации трубопровода 258 11. ТЕЧЕНИЕ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ В ТРУБАХ 263 11.1. Классификация неньютоновских жидкостей 264 11.2. Ламинарное течение вязкопластичной жидкости в круглой трубе 271 11.3. Ламинарное течение степенной жидкости в круглой трубе 275 11.4. Турбулентное течение неньютоновских жидкостей в трубах 279 12. НЕУСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ СЛАБО СЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕ 281 12.1. Прямой гидравлический удар 282 12.2. Общий случай учета инерционных свойств потока капельной жидкости в трубопроводе 287 12.3. Расчет неустановившихся течений жидкости в трубопроводе 297 12.4. Метод характеристик для расчета неустановившихся течений слабо сжимаемой жидкости в трубопроводе 303 13. УСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В ТРУБОПРОВОДЕ 312 13.1. Физические свойства природного газа 312 13.2. Уравнения установившегося течения газа в трубопроводе319 Литература 331