Моделирование процессов конвективного переноса в неоднородных средах

• Автор: Ильясов, Айдар Мартисович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Двух- и трехфазные течения

1.2. Конвективные течения

Глава 2. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И ТЕСТОВЫЕ РАСЧЕТЫ

2.1. Методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений

2.2. Описание численного метода решения краевой задачи и тестовые расчеты

2.2.1. Решение уравнений Навье Стокса для несжимаемой жидкости

2.2.2. Численный метод

2.2.3. Пуазейлево течение в плоском канале

2.2.4. Вынужденная конвекция в квадратной полости

2.2.5. Свободная конвекция

2.3. Выводы
Глава 3. МЕЖФАЗНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИ РАССЛОЕННЫХ И ПУЗЫРЬКОВЫХ РЕЖИМАХ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧИХ СРЕД
3.1. Введение
3.2. Расслоенные изотермические течения
3.2.1. Двухслойные течения
3.2.2. Трехслойные ламинарные течения
3.3. Пузырьковое течение в обогреваемом канале
3.3.1. Квазиодномерное осреднение параметров фаз по сечению канала
3.3.2. Осредненные уравнения механики жидкостей с пузырьками
газа или пара
3.3.3. Оценка времен выравнивания параметров потока
3.3.4. Уравнения баланса на межфазных границах
3.3.5. Построение модели
3.3.6. Замкнутая система уравнений установившегося пузырькового
режима течения с равновесной схемой испарения

3.3.7. Начальные условия и физико-химические константы. Параметры моделируемого процесса
3.3.8. Результаты численных расчетов и их анализ
3.4. Выводы
Глава 4. КОНВЕКЦИЯ ТЕРМОВЯЗКОЙ НЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТИ
4.1. Введение
4.2. Естественная конвекция термовязкой жидкости
4.2.1. Постановка задачи и математическая модель
4.2.2. Параметры модельной задачи. Начальные и граничные условия
4.2.3. Результаты численного исследования: свободная конвекция жидкости с квадратичной зависимостью вязкости от температуры с минимумом
4.2.4. Результаты численного моделирования: естественная конвекция жидкостей с различными зависимостями вязкости от температуры
4.3. Смешанная конвекция термовязкой жидкости
4.3.1. Постановка задачи и основные уравнения. Модельные параметры
4.3.2. Численные результаты: смешанная конвекция жидкости с квадратичной зависимостью вязкости от температуры с минимумом
4.4. Выводы
Заключение
Литература

Актуальность работы связана с тем, что конвективные течения неоднородных сред охватывают значительную часть явлений и процессов, представленных в природе и технике.
В химической технологии, нефтепереработке и нефтедобыче во множестве технологических процессов имеют место течения многофазных систем в изотермических и обогреваемых каналах. В частности, такие процессы протекают в каналах горизонтальных и наклонных скважин, используемых в промысловой геофизике, а также в технологических печах, применяемых для подогрева потоков нефтепродуктов, при первичной перегонке нефти или при термодеструктивной переработке остатков нефти. Процессы в обогреваемых каналах, естественно, связаны с необходимостью нагрева больших масс многокомпонентной жидкости, сопровождаемого фазовыми превращениями и химическими реакциями. При этом процессы тепло- и массообмена существенно зависят от реализующейся структуры потока и сами, в свою очередь, влияют на нее. Основной целью подобных процессов является получение газожидкостных систем с определенными физикохимическими параметрами. В связи с этим возникает задача оптимального подбора управляющих параметров процесса, таких как массовый расход смеси, количество подаваемого тепла, температура и давление на входе в канал и так далее.
В современных методах повышения нефтеотдачи пластов в качестве по-токооткланяющих реагентов используются гелеобразующие вещества типа водных растворов метилцеллюлозы. Эти вещества имеют сложные зависимости вязкости от температуры. С ростом температуры до точки начала гелеобразования раствор метилцеллюлозы ведет себя как обычная жидкость вязкость ее убывает, однако за пределами критической точки вязкость резко возрастает. Возникает немонотонная зависимость вязкости от температуры. Эффективное применение веществ указанного типа требует знания особенностей теплопереноса как в области критической точки начала гелеобразования, так и в точке разрушения гелевой структуры, образующей максимум на кривой зависимости вязкости от температуры.
В связи с трудоемкостью и сложностью получения экспериментальных данных для понимания физической сути таких сложных процессов, необходимо проведение исследований с применением математических моделей,

а элементы определителя Д равны:
4/Х-1 (ц2 - Рз)02^2 + 0з(4р1 - 3/х2)??1/12

12/41 (0з [02(01 - /0 - 0101] + 01 (0з - 02)02)
| 8/л(мз-М2)??1??2^ + ^з(3/Х2-8/л)г?^ | б2
12/Х1 (/Дз[М2(771 - /г) — М1Г71] + 01(0з -02)02)
| 40; (02 - 03)0?02 + 0з(401 - 02)0? + 020з^3 1201(03(02(01 - /1) - 0101] + 01(03 - 02)02)'
ао _ [ц± ~ 20з)02^ + 2(02 - 0з)0102^ + ЦзгЦк
2 ~ 4(/д3[/г2(з?1 - Ь) - цт] + (11 (из - д2)т?2)
| (202 - 0з)0102 + 2(0з - 02)0102 - 030? 4(/х3[/х2(г?1 - /1) - /Х1?п] + А«.1(/Хз - 02)02) ’
С2 _ 0102 + 2{ц2 - 01)010! + Саг - 2^2)у1т |
2 4(03(02(01 - К) - пт] + 01(03 - 02)02)
2020102^ - 20202^
4(/х3[уи2(»71 - К)- пт] + 01(03 - 0г)0г) ’
(3.63)
аз = /х2 (/г - 7/1>?|
3 4(/23[р2(?]1 - л<) -^т] + 01(03 -02)02)’
ь = Дз»71 (/* - 01)2 + (2/22 - 0з)0202
1 4(/х3 [02(01 - Л.) - 01771] + 01(03 - 02)02)
(3.65)
| 2(03 - 202)01020 + (202 - 03)р2/г
4(03[02(01 - Л) - 0101] + 01(03 - 02)02) ’
^ = 01(402 - 0з)02 + (1202 + 30103 - 40203 - 80102)0102 | 1202(03(712(01 -/1) - 0101] + 01(03 - 02)02)
1 402(03 - 302)0г/1 + (80203 + 40102 - 30103 - 1201)77^02 | /3 66ч
1202(03[02(01 - /1) - 0101] + 01(03 - 02)02)
| 402(302 - ^з)утк + 03(01 - 402)0? + 402030?/!
1202(0з[0г(01 - /г) - 0101] + 01 (03 - 02)02)
, _ (01 - 202)0!0| + 20202/1 - 01771 .
3 4(03(02(01 - Л) - 0101] + 01(03 - 02)02) ’
, = 02(/г-01)202
1 4(03(02(01 - /г) - 0101] + 01(03 - 02)02) ’
(3.69)