A Simplified Couette Flow Solution of Non-Newtonian Power-Law Fluids in Eccentric Annuli

摘要

Flow of non-Newtonian fluids in both the concentric and eccentric annuli is of great importance in extruders for molten plastics and wellbore fluid circulation for the removal of drilling cuttings. The steady laminar couette flow of non-Newtonian power-law fluids in eccentric annulus is employed in this study to analyze the problems of surge or swab pressures encountered when running or pulling tubular goods (pipes) in a liquid filled borehole. This is similar to the annular space created by two long co-axial cylinders with the inner cylinder in motion at a steady velocity, and a stationary outer cylinder. The solutions of the equations of motion are presented in both dimensionless form and as a family of curves for different pipe/borehole eccentricity ratios and power-law fluid index values for a more general application. The expected error in surge computation for concentric annulus as a result of eccentricity is evaluated.%Les écoulements de fluides non newtoniens dans les espaces annulaires concentrique et excentique sont d'une grande importance dans les boudineuses d'extrusion et dans le domaine des boues de forage pour le retrait des coupes de forage. Dans cette étude, on utilise un écoulement de Couette laminaire stable de fluides non newtoniens de loi de puissance dans un espace annulaire excentrique afin d'analyser les problèmes de surpression ou de pression de nettoyage qui se posent lorsque l'on fait déplacer ou que l'on tire des objets tubulaires (conduites) dans un trou rempli de liquide. Ce phénomène est similaire à l'espace anulaire créé par deux longs cylindres coaxiaux, dont le cylindre intérieur se déplace à une vitesse stable, et le cylindre extérieur est stationnaire. La solution des équations de mouvement est présentée soit sous forme adimensionnelle soit sous forme d'un ensemble de courbes pour différents rapports d'excentricité conduite/trou et différentes valeurs d'indices de fluides de loi de puissance pour une application plus générale. L'erreur attendue dans le calcul de la surpression avec l'espace annulaire concentrique est évaluée en fonction de l'excentricité.