Теория и модели процессов тепломассопереноса при транспортных операциях с застывающими наливными грузами

• Автор: Моисеев, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 463 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание
Введение
ГЛАВА 1. Процессы тепломассопереноса при транспортных
операциях с застывающими жидкими нефтепродуктами
1.1. Низкотемпературные свойства жидких нефтепродуктов и проблемы их железнодорожных перевозок в осенне-зимний период
1.2. Подвижной состав для вязких наливных грузов и средства их разогрева при выгрузке. Современное состояние вопроса
1.3. Применяемые методы расчета транспортных операций с наливными грузами при железнодорожных перевозках
1.4. Применение уравнений математической физики для описания процессов охлаждения и разогрева застывающих нефтепродуктов
1.5. Физическое моделирование тепловых и гидродинамических процессов. Основные критерии подобия
1.6. Численные методы в задачах математического моделирования процессов тепломассопереноса и их программное обеспечение
1.7. Постановка задач и вводимые математические модели
1.8. ■ Выводы
ГЛАВА 2. Развитие представлений об охлаждении жидких нефтепродуктов при их транспортировании в условиях низких температур
2.1. Влияние атмосферных осадков на внешнюю теплоотдачу с поверхности цистерны (трубопровода)
2.2. Метод расчета среднеобъемной температуры нефтегруза в цистерне при неравномерном внешнем теплосъеме с её поверхности
2.3. Влияние фактора смачиваемости поверхности цистерны (трубопровода) на внешнюю теплоотдачу при осадках
2.4. Термогравитационная конвекция жидкости в замкнутом объеме
2.5. Пограничный слой в жидком нефтепродукте при термогравитационной конвекции
2.6. Применение модели «условно-неподвижной среды» в описании
процесса охлаждения нефтепродукта в цистерне
2.7. Выводы
Глава 3. Модели процессов тепломассопереноса в нефтепродуктах при их перевозках в цистернах
3.1. Влияния термогравитационной конвекции на скорость охлаждения
горячих жидких нефтегрузов
3.2. Компьютерное моделирование охлаждения циркулирующего нефтепродукта при различных значениях коэффициента
конвекции (прогнозируемый эксперимент)
3.3. Математическая модель процесса охлаждения нефтегруза в
железнодорожной цистерне с тепловыми аккумуляторами
3.4. Модель охлаждения слабоциркулирующего жидкого нефтепродукта в цистерне с многослойной стенкой....................котла
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. Стендовые эксперименты, результаты наблюдений
и их обработки
4.1. Моделирование условий теплообмена цистерны
с нефтепродуктом и окружающей среды
4.2. Экспериментальное оборудование и его характеристики
4.2.1. Стенд для имитации внешних условий охлаждения ЗНГ
4.2.2. Модельная емкость
4.2.3. Модельные жидкости

4.2.4. Установка для измерения теплофизических характеристик
4.2.5. теплоаккумулирующих материалов
4.2.5. Вспомогательная установка для изучения процессов получения
крупных гранул нефтебитума с защитной оболочкой
4.3. Результаты исследований динамики охлаждения модельных
жидкостей в стендовых условиях
4.3.1. Охлаждение горячих жидкостей в цилиндрических сосудах при

обтекании их воздушно-водными потоками («внешняя задача»)..
4.3.2. Влияние смачиваемости поверхности нагретого тела
на теплоотдачу внешнему воздушно-водному потоку
4.3.3. Исследование циркуляционного движения .жидкости при
естественной конвекции в модели цистерны
4.3.4 Охлаждение модельных жидкостей при подавлении их естественной
конвекции имитаторами тепловых аккумуляторов
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. Тепловые аккумуляторы для железнодорожной цистерны
5.1. Конструктивные характеристики тепловых аккумуляторов-
и свойства теплоаккумулирующих материалов (ТАМ)
5.1.1. Тепловой аккумулятор с углеводородными ТАМ
5.1.2. Тепловой аккумулятор с ТАМ на основе солевой смеси Локка
5.2. Внутренний теплоперенос в теплоаккумулирующих материалах.
Результаты экспериментов
5.3 Физические модели теплопроводности ТAM
на основе солей кристаллогидратов и их смесей
5.4 Выводы
ГЛАВА 6. Теория и модели тепловых процессов при затвердевании и плавлении вязких нефтепродуктов и теплоаккумулирующих материалов
6.1. Модель размыва загустевшей фракции нефтегруза при его
вынужденной конвекции в приближении задачи Стефана
6.2. Модели регенерационных тепловых процессов в теплоаккумулирующих материалах
6.3. Временная тепловая изоляция стенок цистерны из
пористого слоя отвержденного нефтепродукта
6.4. Образование и размыв теплоизолирующей оболочки из
пористого отвержденного нефтепродукта
Выводы
ППК-1000), без использования стационарных установок разогрева, полезная загрузка которых, составляет согласно [49], только 10...20%.
Таблица 1.2.
Вероятностная температура ЗНГ в пункте слива при различной продолжительности перевозок в цистернах - термосах [129]
Наименование груза Требуемая температура для нормального О/-» слива. С Температура налива .°С Темпералура груза в пунктах слива при продолжительности пробега в часах
100 150 200 250
Мазут М40 плюс 40 плюс 60 42.5 35.5 29,6 23.5 19,
Мазут М80 плюс 50 плюс 80 50,0 42.5 35,5 29.5 23,
Машинное масло - плюс 30 22.5 19.0 16.0 13,5 11,
Примечание: расчет ориентирован на случай перевозки грузов из южных районов страны в центральные при средней температуре воздуха в пути минус 15°С и скорости воздушного потока 15м/с(54км/ч).
Таблица 1.2.
Технологические данные по трем маршрутам нефтеналивных цистерн
№ Мар- шрута Нефте- продукт Продолжи- тельность маршрута, сут. Средняя скорость движения. км/сут Температура нефтепродукта в центре цистерны, °С Время пребывания цистерны под сливом, час Темпера- тура воздуха при сливе, °С
при наливе при сливе
цт.з. К.Ц. цт.з. К.Ц. Ц.ТЗ. К.Ц
1 Масло трансмис- сионное 12 347 98 99 26 -21 10 55 -27
2 Мазут М 40 8 355 83 83 69 10 10 10 -1.
3 Мазут М100 7 297 71 71 52 11 4 10 +
Примечание: Ц.Т.З. - цистерна с тепловой защитой (изоляцией котла), К.Ц.- контрольная цистерна (без тепловой изоляции).
Но в России с её холодным климатом цистерны-термосы относятся к области спецтехники или используются для перевозок лишь небольшого числа высоковязких ЗНГ [11,25,48,49,129,249,253,260]. Их доля в общем парке цистерн была и остается незначительной, и нет оснований считать, что она существенно возрастет. Это обусловлено рядом обстоятельств:
1. Существующий парк вагонов-цистерн в РФ достаточно велик. После распада СССР и дележа имущества МПС СССР между странами СНГ на долю РФ пришлось около 80 тыс. цистерн [1,2], большая их часть уже имела боль-