[发明专利]一种考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法

权利要求书

1.一种考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)膏体料浆内部颗粒受力分析：

根据膏体料浆内部颗粒所处的流动环境和流动区域，对粗细骨料混合膏体料浆内部粗细颗粒的受力进行分析，进而分析膏体料浆内部粗细颗粒在管道径向上的运动状态，进而解释膏体料浆在稳态管输过程中，径向骨料分布的不均匀性；

(2)构建膏体料浆稳态管输过程中管道径向上流变参数梯度模型：

根据膏体料浆管道输送中颗粒受力分析结果，分析出膏体料浆在管道径向上粗颗粒相，细颗粒相以及水相的体积分数分布规律；根据各相体积分数的分布规律，配制出管道径向上不同位置的膏体料浆，并测得其屈服应力与塑性粘度；分析膏体料浆管道径向上屈服应力与塑性粘度的演化规律，从而构建膏体料浆稳态管输过程中管道径向上流变参数梯度模型；

(3)构建膏体料浆稳态管输过程中边界层厚度估算公式：

对柯西应力方程进行柱坐标变换，并对柯西应力方程z方向的分量求积分得到管道径向上剪切应力的表达式；联立剪切应力表达式与径向屈服应力梯度演化模型，可得到剪切应力与料浆屈服应力相等的点，从而可以确定膏体料浆稳态管输过程中边界层厚度；

(4)构建考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型：

根据膏体稳态管输流形特征和计算的边界层厚度，分析流核区，速梯区的流量，并将构建的屈服应力与塑性粘度的径向梯度演化模型代入到流量式中的，进而得到考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型。

2.根据权利要求1所述考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法，其特征在于：

①步骤(1)中颗粒受力分析考虑了由于管道径向速度梯度所引起的Saffman升力；

②步骤(1)中颗粒受力分析考虑了由于管道径向速度梯度引起粗颗粒的旋转，从而产生的Magnus升力。

3.根据权利要求1所述考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法，其特征在于：步骤(2)中结合了膏体料浆压力泌水效应，构建了膏体料浆稳态管输过程中管道径向上流变参数梯度演化模型：

①步骤(2)中构建的膏体料浆稳态管输过程中管道径向上屈服应力梯度演化模型为：

式中：τ_0r为膏体料浆管道径向上的屈服应力，Pa；τ_0y为压力泌水试验受压后膏体料浆的屈服应力，Pa；τ_0w为压力泌水试验泌出水分的屈服应力，Pa；r为管道径向位置，m；R为管道半径，m；

②步骤(2)中构建的膏体料浆稳态管输过程中管道径向上塑性粘度梯度演化模型为：

式中：μ_r为膏体料浆管道径向上的塑性粘度，Pa·s；μ_y为压力泌水试验受压后膏体料浆的塑性粘度，Pa·s；μ_w为压力泌水试验泌出水分的塑性粘度，Pa·s。

4.根据权利要求1所述考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法，其特征在于：步骤(3)中构建的膏体料浆稳态管输过程中边界层厚度估算公式为：

式中：δ(x)为膏体料浆稳态管输过程中边界层厚度；i为管道沿程阻力损失，Pa/m；R为管道半径，m；τ_y为膏体料浆压力泌水受压后料浆的屈服应力，Pa；τ_w为膏体料浆压力泌水受压后泌出水分的屈服应力，Pa。

5.根据权利要求1所述考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法，其特征在于：步骤(4)中构建的考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型为：

式中：

式中：Δp为L长的管道两端的压力降，Pa；τ_0y为压力泌水试验受压后膏体料浆的屈服应力，Pa；R为管道半径，m；μ_y为压力泌水试验受压后膏体料浆的塑性粘度，Pa·s；v为流速，m/s。