Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| № пп. | Формируемые компетенции | Шифр/ индекс компетенции |
| Общепрофессиональные компетенции: | ||
| 1 | способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования | ОПК-2 |
| Профессиональные компетенции: | ||
| 2 | способность планировать и проводить необходимые эксперименты, обрабатывать, в том числе с использованием прикладных программных продуктов, интерпретировать результаты и делать выводы | ПК-24 |
| 3 | способность использовать физико-математический аппарат для решения расчетно-аналитических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности | ПК-25 |
| 4 | способность выбирать и применять соответствующие методы моделирования физических, химических и технологических процессов | ПК-26 |
Лабораторная работа №1
Тема: Исследования одномерной установившейся фильтрации несжимаемой жидкости в однородной пористой среде
Цель лабораторной работы:
1) Экспериментальное установление закона фильтрации;
2) Изучение распределения давления по длине пласта;
3) Определение градиента давления, скорости фильтрации и коэффициента проницаемости пористой среды.
1.1 Общие теоретические положения
|
|
|
Распределение давления в любой точке однородной пористой среды при установившейся прямолинейно-параллельной фильтрации несжимаемой жидкости описывается уравнением:
, (1)
где P - текущее давление, Па;
Pk - давление на контуре питания, Па;
Pг - давление в зоне отбора жидкости (галерее), Па;
L - длина пористой среды (модели пласта), м;
X - текущая координата, отсчитываемая вдоль линии
тока, м.
При установившейся прямолинейно-параллельной фильтрации жидкости в однородной пористой среде скорость фильтрации во всех участках будет одинаковой и может быть определена по формуле
, (2)
где V - скорость фильтрации, м/с;
Q - объемный расход жидкости в единицу времени (дебит), м3/с;
F- площадь фильтрации (поперечного сечения пористой среды), м2.
По-другому скорость фильтрации может быть определена по закону Дарси:
, (3)
|
|
|
где k - коэффициент проницаемости пористой среды, м2;
m - коэффициент динамической вязкости фильтрующейся жидкости, Па×с;
DР - перепад давления, Па.
, (4)
Перепад давления, приходящейся на единицу длины, называется градиентом давления:
, (5)
Из формул (2) и (3) определяется коэффициент проницаемости пористой среды:
, (6)
Объемный расход жидкости в единицу времени (дебит) при установившейся фильтрации определяется по формуле
, (7)
где V - объем отобранной жидкости, м3;
t - время истечения объема, с.
1.2 Схема и описание лабораторной установки
Схема устройства лабораторной установки для исследования одномерной установившейся фильтрации несжимаемой жидкости в однородной пористой среде приведена на рис. 1. Установка состоит из горизонтальной цилиндрической трубы, заполненной прессованным речным песком, моделирующим однородную пористую среду (пласт).
|
|
|
Размеры трубы:
длина L = 900 мм,
внутренний диаметр d = 80 мм.
По длине трубы имеется семь отводов, соединенных со стеклянными трубками – пьезометрами (П1-П7), прикрепленными на стойке С. Сосуд Мариотта М заполнен водой и поддерживает определенное давление на входе в однородную пористую среду при фильтрации. При открытии краника Д по действием перепада давления происходит одномерная прямолинейно-параллельная фильтрация жидкости (воды). Высота столба жидкости в пьезометре фиксируется по измерительной линейке, установленной около каждого пьезометра. Для замера объема отфильтровавшейся воды имеется мерный цилиндр Ц.
Положение уровня в пьезометрах, расстояние между которыми l=150 мм, характеризует распределение давления в пористой среде. По показанию пьезометра П1 определяется давление на контуре питания, а пьезометра П7- давление на галерее.
1.3. Меры безопасного выполнения работы
Перед началом работы необходимо изучить ее описание.
К выполнению лабораторной работы студенты приступают только после прохождения соответствующего инструктажа, проводимого преподавателем.
|
|
|
При выполнении работы необходимо осторожно и бережно обращаться со стеклянной посудой, чтобы не допустить порезов осколками стекла.
Работу на установке можно начинать только после получения разрешения преподавателя.
Рис. 1. Схема лабораторной установки для исследования одномерной установившейся фильтрации жидкости в неоднородной пористой среде
1.4. Порядок выполнения работы
1.4.1. Перед началом проведения опытов необходимо налить воду в сосуд Мариотта.
1.4.2. Вычисляется площадь фильтрации по формуле
, (8)
где d – диаметр трубы, м.
1.4.3. При закрытом кранике Д во всех пьезометрах устанавливается одинаковый (статический) уровень 1-1.
Открытием краника Д устанавливается определенный режим установившейся фильтрации. Режим работы считается установившемся, после того как положение уровня жидкости в трубках – пьезометрах перестанут изменяться.
1.4.4. В мерный цилиндр отбирается определенный объем жидкости при установившейся фильтрации, время отбора фиксируется секундомером.
1.4.5. Опыты производятся для трех режимов. Результаты опытов заносятся в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты измерений опытных величин
| Номер опыта | V, м3 | t, с | Высота столба жидкости в пьезометрах, м | ||||||
| h1 | h2 | h3 | h4 | h5 | h6 | h7 | |||
| 1. | |||||||||
| 2. | |||||||||
| 3. | |||||||||
1.4.6. Рассчитываются давления в пьезометрах по формуле
, (9)
где Pi - давление в пьезометре, Па;
g – ускорение свободного падения, м/с (g=9,81 м/с2);
r - плотность жидкости, кг/м3 (для воды r=1000 кг/м3);
hi - высота столба жидкости в пьезометре, м.
Р1=Рк - давление на контуре питания,
Р7=Рг - давление на галерее.
1.4.7. Строится график распределения давления по формуле (1).
На графике точками наносятся значения давлений для известных расстояний от входа в модель для каждого пьезометра.
Если пористая среда идеально однородна и режим фильтрации установившейся, то все экспериментальные точки промежуточных значений давлений попадут на прямую, то есть на график, построенный по формуле (1).
График строится для всех режимов.
1.4.8. Определяется градиент давления по формуле (5) на всем участке и аналогично определяются градиенты давлений на каждом участке между пьезометрами. Если выполняются условия пункта 1.4.7, то градиент давления будет величиной постоянной для данного режима.
1.4.9. Определяется дебит жидкости по формуле (7) для каждого из трех режимов.
1.4.10. Определяется скорость фильтрации по формуле (2) для каждого из трех режимов.
1.4.11. Строится график зависимости скорости фильтрации от градиента давления:
.
Каждая точка на графике соответствует одному установившемуся режиму фильтрации.
1.4.12. Определяется коэффициент проницаемости пористой среды (модели пласта) по формуле (6) по данным каждого опыта и среднее значение его по результатам трех опытов. Коэффициент проницаемости определить в СИ и смешанной системе.
1.5. Определение погрешности измерений
Относительная погрешность определения коэффициента проницаемости пористой среды (модели пласта) по результатам опытов может быть найден из выражения
(10)
где e - относительная погрешность определения коэффициента проницаемости;
dк - абсолютная погрешность определения коэффициента проницаемости, м2;
dV – абсолютная погрешность измерения объема отобранной воды, м3 ;
dt - абсолютная погрешность измерения времени секундомером, с;
dm - абсолютная погрешность измерения коэффициента динамической вязкости, Па×с;
dL, dd - - абсолютные погрешности измерения соответственно длины L и диаметра d модели пласта, м;
d(DР) – абсолютная погрешность измерения перепада давления, Па.
Абсолютная погрешность определения коэффициента проницаемости пористой среды.
(11)
Тогда значение коэффициента проницаемости пористой среды равно (K±dK) ,м2.
1.6. Перечень вопросов для самопроверки
1.6.1. Какой фильтрационный поток называется одномерным и установившемся?
1.6.2. Каким дифференциальным уравнением описывается установившийся прямолинейно-параллельный фильтрационный поток.
1.6.3. Какой закон распределения давления в пласте при такой фильтрации?
1.6.4. Что называется градиентом давления?
1.6.5. Как можно определить скорость фильтрации?
1.6.6. Напишите формулу для определения коэффициента проницаемости пористой среды?
1.6.7. Единица измерения коэффициента проницаемости в СИ, в смешанной и физической системах единиц измерения?
1.6.8. Каковы соотношения между единицами измерения коэффициента проницаемости пористой среды?
1.6.9. Как производится расчет погрешности определения коэффициента проницаемости пористой среды по результатам опытов?
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ:
а) основная литература:
1 Попков В.А., Коржуев А.В. Теория и практика высшего образования : учебник для вузов / В.А. Попков, А.В. Коржуев. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2016.
2 Блинов В.И., Виненко В.Г., Сергеев И.С. Методика преподавания в высшей школе: учеб.-практич. пособие / В.И. Блинов, В.Г. Виненко, И.С. Сергеев. — М.: Издательство Юрайт, 2015.
б) дополнительная литература:
3 Гончарук А.Ю. Психология и педагогика высшей школы [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / А.Ю. Гончарук. - М. ; Берлин : Директ-Медиа, 2015.
4 Громкова М.Т. Педагогика высшей школы [Электронный ресурс]: учеб. пособие для студентов педагогических вузов / М.Т. Громкова. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2012.
5 Соколкова Н.Е. Психолого-педагогические основы сотрудничества в высшей школе: Монография / Н.Е.Соколкова - М.: Вузовский учебник, НИЦ ИНФРА-М, 2015.
6 Столяренко А.М. Психология и педагогика [Электронный ресурс] : учеб. пособие для студентов вузов / А.М. Столяренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2012.
7 Коржуев А.В. Современная теория обучения: общенаучная интерпретация / А.В. Коржуев, В.А. Попков. – М. : Академический проект, 2009.
8 Педагогическая практика / Т.А. Капитонова, И.К. Кондаурова, О.М. Кулибаба, С.В. Лебедева. – Саратов: Издательство Саратовского университета, 2011.
9 Шарипов Ф.В. Педагогика и психология высшей школы [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Ф.В. Шарипов. – М. : Логос, 2012.
в) рекомендуемая литература:
10 Баева И.А. Педагогическая психология: учеб.пособие / И.. Баева, Л. регуш. – М. [и др.] Питер, 2010.
11 Богатуров А.Д., Косолапов Н.А., Хрусталев М.А. Очерки теории и методологии политического анализа международных отношений. М., 2002.
12 Вербицкий А.А. Личностный и компетентностный подходы в образовании: проблемы интеграции / А.А. Вербицкий, О.Г.Ларионова. – М.: Логос, 2009
13 Кавдангалиева М.И. Педагогика и психология высшей школы. Электронный курс. [Электронный ресурс] : Учебные пособия — Электрон. дан. — СПб. : ИЭО САУ, 2010.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 410; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!