Термогидродинамические процессы при инжекции газа в насыщенную льдом (парафином) пористую среду и при течении пара в канале

• Автор: Шагиева, Файруза Ингелевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА I. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ТЕЧЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЕМЫЕ ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ
1.1. Анализ работ, посвященных инжекции тепла в пористые среды.
1.2. Воздействие на насыщенную пористую среду паром
1.3. Анализ литературы, посвященной многофазным течениям в канале
1.4. Выводы по главе
ГЛАВА II. ТЕЧЕНИЯ ПАРОЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ
2.1. Задача о плавлении льда в пористой среде при закачке теплого газа
2.1.1. Постановка задачи и основные уравнения
2.1.3. Анализ решений
2.2. Инжекция пара в пористую среду, насыщенную газом и парафином
2.2.1. Постановка задачи и основные уравнения
2.2.3. Результаты расчетов
2.3. Выводы по главе
ГЛАВА III. ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛАХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ
СИСТЕМ С КОНДЕНСАЦИЕЙ НА СТЕНКАХ КАНАЛА
3.1. Задача о движении пара в трубчатом канале, сопровождаемом его конденсацией
3.1.1. Основные уравнения
3.1.2. Анализ численных расчетов
3.2. Ректификация двухкомпонентной смеси
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Основные уравнения
3.2.3. Анализ численных расчетов
3.3. Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Литература

Введение
Актуальность. Поведение пористых сред, насыщенных многофазными средами, при внешнем воздействии (тепловом, электромагнитном, акустическом и др.) и происходящие вследствие этого процессы представляют как теоретический, так и практический интерес. В качестве примера можно привести такие эффекты, как «взрыв» газогидрата при термическом или электромагнитном воздействии, разрушение бетона при пожаре, деформация пористых материалов при сушке, разрушение дерева при ударе молнии.
Необходимо также отметить возросший в последнее время интерес к дешевым источникам энергии, в том числе битумным нефтям, которые находятся под землей на глубине ~ 100 м. Существуют различные способы добычи битумных нефтей: открытый способ, когда делают карьеры, что пагубно влияет на окружающую среду, или шахтовый метод, что экономически не выгодно. Из всех видов добычи битумной нефти наиболее эффективным представляется тепловое воздействие. Данный источник требует теоретических исследований для создания высокоэффективных технологий добычи и обработки этого источника энергии.
Технология добычи высоковязких битумных нефтей при тепловом воздействии основывается на разжижении содержимого пористой среды посредством закачки теплоносителя, обычно воды или пара. При этом возникает необходимость создания адекватных моделей фильтрационных процессов, а также эффектов, сопровождающихся фазовыми переходами при наличии интенсивных тепловых потоков. Всесторонние и систематические исследования в данной области позволяют определить оптимальные параметры эксплуатации парогенераторов и насаждающих скважин для наиболее эффективного извлечения битума.
Для создания научных основ технологий эффективной очистки катализаторов от отложений твердой фазы, выявления особенностей процессов термической обработки пористых материалов и прогнозирования возможных последствий нарушения технологических параметров необходимо построение адекватных математических моделей, расширяющих теоретические представления об особенностях теплофизических и гидродинамических процессов в таких системах, что определило цель настоящей работы:
— исследование теплофизических и гидродинамических процессов, возникающих при инжекции теплоносителя (газ или пар) в проницаемые пористые среды, частично насыщенные твердой составляющей,
претерпевающей фазовый переход, а также анализ влияния давления нагнетания, температур, проницаемости и других параметров на динамику процесса;
— математическое моделирование процесса течения пара в трубчатом канале, сопровождаемого конденсацией на его стенках;
— изучение влияния исходного концентрационного состава
бинарной смеси на динамику процесса ректификации.
Научная новизна заключается в следующем:
• Впервые в автомодельной постановке получены решения задач для гидродинамических и тепловых полей при закачивании газа и пара в пористые среды, частично насыщенные твердой составляющей,
претерпевающей фазовый переход, с учетом массового содержания воды в насыщенном паре.
• Для задачи инжекции насыщенного пара в пористую структуру получено аналитическое решение в гомобарическом приближении для ближней зоны. Установлено, что наиболее эффективным режимом для более интенсивного расплавления твердой фазы является нагнетание в пористую среду «чистого» пара.

1.4. Выводы по главе
1. Анализ литературных источников, связанных с инжекцией горячего газа и пара в пористую среду, показал, что практически отсутствуют теоретические работы, касающиеся изменения с потреблением тепла, агрегатного состояния, одной из составляющих скелета пористой среды. В этой связи изучение подобных задач по теории инжекции газа или пара в пористую среду, частично насыщенную льдом или парафином, являются вполне оправданными.
2. Несмотря на обилие теоретических и экспериментальных исследований по стеканию жидкой пленки по вертикальной стенке, не удалось из научной литературы найти работы по гидравлической теории паро-пленочных течений вдоль вертикальных каналов, имеющих достаточно широкий практический интерес. Поэтому в работе разработаны теоретические основы вертикальных трубчатых реакторов, используемых для ректификации бинарных систем.