Исследование конвективных течений в углеводородной жидкости при электромагнитном нагреве

• Автор: Мусин, Айрат Ахматович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ КОНВЕКЦИИ
1.1. Обзор литературы
1.1.1. Особенности свободноконвективных течений жидкостей
1.1.2. Об электромагнитном нагреве углеводородных жидкостей.
1.2. Математическая модель тепловой конвекции термовязкой ЖИДКОСТИ С УСЛОВНО произвольным уравнением состояния
1.3. Методы численного решения задачи и тестовые расчеты
1.3.1. Метод контрольного объема
1.3.2. Алгоритм SIMPLE
1.3.3. Свободная конвекция жидкости в замкнутой полости: тестовые расчеты
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ КОНВЕКЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ и вч эм НАГРЕВЕ
2.1. Математическая модель и постановка краевой задачи
2.2. Численная схема решения задачи
2.3. Тепловая конвекция углеводородной жидкости с линейной зависимостью плотности от температуры
2.4. Моделирование нагрева углеводородной жидкости с использованием квазигомогенного приближения

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ И СОПОСТАВЛЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ
3.1. Экспериментальные исследования индукционного и
ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ
3.1.1.Индукционный нагрев
3.1.2. Нагрев высокочастотным электромагнитным полем
3.2. Постановка и численное решение задачи индукционного нагрева углеводородной жидкости, сопоставление с экспериментом
3.2. Постановка и численное решение задачи ВЧ ЭМ нагрева углеводородной жидкости, сопоставление с экспериментом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Актуальность работы. Тепловая конвекция характерна для большинства технологических процессов и довольно хорошо изучена. Однако интерес к изучению этих задач не становится меньше. В особенности это касается исследования конвективных течений в многофазных многокомпонентных средах, каковыми являются, природные (нефти и битумы) и техногенные (шламы и продукты нефтепереработки) углеводородные системы.
Актуальность изучения конвективного теплообмена в таких системах связана с рядом проблем, возникающих в нефтегазовой отрасли. Одной из них является утилизация нефтяных шламов, очистка резервуаров и накопителей, которые образуются в результате техногенной деятельности в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Нефтяные шламы, как правило, накапливаются в амбарах и представляют собой сложную многофазную гетерогенную систему из смеси окисленных углеводородов (смол, асфальтенов, парафина), песка, растительного слоя земли, воды, солей, различных химических реагентов и т.д. Одной из проблем, возникающей в процессе утилизации нефтяных шламов, является их высокая вязкость, для снижения которой используются различные тепловые методы, в том числе такие как, например электромагнитные, индукционный нагрев и нагрев под воздействием высокочастотного электромагнитного поля (ВЧ ЭМП) резонансной частоты. Преимущество ВЧ ЭМ способа заключается в том, что он является объемным методом и кроме нагрева среды, способствует разрушению водонефтяных эмульсий, которые в большом количестве содержатся в нефтешламах.
Хорошо известно, что учет температурной зависимости вязкости жидкости приводит к существенному изменению картины ее течения. При тепловой конвекции жидкости, вязкость которой зависит от температуры,

Глава 2. Исследование тепловой конвекции углеводородной жидкости при индукционном и ВЧ ЭМ нагреве.
2.1. Математическая модель и постановка краевой задачи
Рассмотрим тепловое движение тяжелой углеводородной жидкости, с вязкостью и теплопроводностью зависящей от температуры, в пространстве между двумя соосными трубами цилиндрического сечения при различных способах теплового воздействия на нее. Запишем приведенную выше систему уравнений тепловой конвекции (1.2), (1.3), (1.9) в цилиндрической системе координат в аксиально-симметричной постановке (штрихи в обозначениях опущены).
(ди 19/ 9 / ч
Ро — + - — {гии)+—(ум)
V от г ог дг

9г г 9г
(ду 19/ ч 9 / ч і
д ( ди

(2.1)

_ др 1 9 Эг г дг
• + 1 - (гиТ) + — (гУ) ді г дг дг

гк, — | + — 9г і 9г

1 9 / ч 9у
(ги) + — = О,
г дг дг
(2.2)
(2.3)
(2.4)
где рп сп кі - плотность, удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности среды, соответственно; //7- - коэффициент динамической вязкости жидкости; и, V - компоненты скорости теплового движения жидкости вдоль координат г яг, соответственно; р - давление; /(г) -