泥浆材料检测与应用 流体流动的基本概念 流体流动的基本概念.docVIP

知 行 结 合 崇 尚 实 践 授课章节 任务/项目 项目四任务二 授课方式 理论课√ 实践课□ 理实课□ 其 他□ 授课次数 授课内容 流体流动的基本概念 计划课时 教学目标与要求 知识目标：掌握流体的基本流型 能力目标：能够判断流体的基本流型 素质目标：培养学生爱岗敬业、认真负责的职业素质 教学重点与难点 重点： 流体的基本流型 难点：流体流动的基本概念 处理方法：讲授、举例、讨论 教学资源 教材、多媒体教室、课件、图片等 教学过程 主题/任务/活动 教学方法/教具 时间分配 导入新课 讲授、举例 流体流动的基本概念 讲授 流体的基本流型 讲授 小结 讲授 作业/ 技能训练 教学评估 教 学 设 计 【导入新课】 今天我们来学习钻井液的流变性。首先我们需要知道什么是钻井液流变性？所谓钻井液流变性是研究钻井液在外力作用下发生流动和变形的特性，钻井液的塑性粘度、动切力、静切力、表观粘度和触变性等都是钻井液流变性常用的主要参数。在了解这些参数之前，我们先学习一些流体流动的基本概念。 【授课内容】 基本概念 图1为江河表面水流的流速分布，靠近河岸的流体流速小，而靠近河中心的流体流速大。图2为水在圆管路的流速分布图，同样也是中心处流速最大，越向周围流速越小，其剖面图也如图1所示一样。 我们知道流体中垂直于流速方向上各点的流速不同，如果在垂直于流速方向上取一段无限小的距离dx，那么流速将由v变化到v+dv，则比值dv/dx表示在垂直于流速方向上单位距离流速的增量，即剪切速率。那么液流中各层流速不同的现象，用剪切速率γ来表示。 剪切速率越大，则表示液流中各层间流速变化越大；反之，流速变化越小。流速的国际单位为米每秒，距离的国际单位为米，因此，剪切速率的单位为秒的负一次方。而钻井液在循环过程中，由于在各处流速不同，剪切速率也不尽相同。流速越大，剪切速率越高，反之越低。一般沉砂池剪切速率最低，大约10~20每秒 ；环形空间50~250每秒；钻杆内100~1000每秒；钻头喷嘴处最高，大约在10000~100000每秒。 液流中的各层流速不同，层间有相互作用力，在流速不同的各液层间发生内摩擦作用，即出现内摩擦力（剪切力），阻碍液层剪切变形。通常将液体流动时所具有的抵抗剪切变形的物理性质称为液体的粘滞性。 如图所示，两块水平放置的平行板间充满液体，上板在力F作用下匀速右移，下板静止不动。附着于下板的液层运动速度为零。若板速和板距x变化均较小，则板间液体流速呈直线分布。力F等于剪切力（内摩擦力）。 令即 若两层液体间隔dx极近，两层液体速度差为dv，则剪切应力 公式中：τ——剪切应力，Pa；γ——剪切速率，s-1； μ——粘滞系数，黏度，Pa·s。而实际应用中常以mPa·s表示液体粘度。那么这两个单位之间的换算为1Pa·s=1000 mPa·s。 此式为牛顿内摩擦力数学表达式；遵循牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体；不遵守牛顿内摩擦定律流体为非牛顿流体。大多数钻井液属于非牛顿流体。 二、流体的流变模式 我们将将剪切应力和剪切速率的数学关系式称为流变方程，或称为流变模式；而将剪切应力—剪切速率关系曲线称为流变曲线。 那么按照流体流动时剪切速率与剪切应力之间的关系，流体可以分为不同的流型。流体的流型一般分为四种类型，分别为牛顿流体、塑性流体、假塑性流体和膨胀流体。 从图中可以看出牛顿流体在流动时，剪切应力与剪切速率成正比，且只要有剪切应力就一定会出现剪切速率。而塑性流体在流动时，需要一定的剪切应力流体才会具有一定的剪切速率。且随着剪切应力的增加，剪切速率与剪切应力变化呈直线正比关系，且这种正比关系不会变化。 假塑性流体在流动时，它的剪切应力与剪切速率也会成正比，但是开始流动时剪切应力增加的幅度比剪切速率快，直到剪切应力达到一定值后，它俩的变化才会符合直线正比关系。 膨胀流体却与其它的流体不同，它在开始流动时只要稍微施加一点剪切应力，就会具有很大的剪切速率。开始时剪切应力增加的幅度没有剪切速率增加的大，当剪切应力增加达到一定值时，剪切速率才会与其呈直线的关系。 小结 流体流动的基本概念 流体的流变模式 课后小结