Математическое моделирование центробежной фильтрации вторичного углеводородного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ВТОРИЧНОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

НИКУЛИН И.А.

Волгоград- 2010

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор РЯБЧУК Григорий Владимирович

Научный консультант: доктор технических наук, профессор ГОЛОВАНЧИКОВ Александр Борисович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор ТАРАСЕВИЧ Юрий Юрьевич

доктор технических наук, профессор ТИШИН Олег Александрович

Ведущая организация: Брянский государственный технический университет

Защита диссертации состоится 19 февраля 2010 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ.212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул.Татищева 20 А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Автореферат разослан « 18 » января 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н. О.В. Щербинина

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из существенных источников загрязнения окружающей среды являются нефтешламы. В то же время они являются источником углеводородного сырья, т.к. в них содержится 50-60% чистой нефти.

Существуют технологические проблемы в процессах разделения нефтешламов, которые представляют собой структурированные жидкости с неньютоновскими свойствами. По данным ВолгоградЛУКОЙЛа ежегодно на предприятиях отрасли образуется 400-450тыс. тонн нефтешлама, а суммарный их объем, накопленный в шламоотстойниках по России, составляет около 7,6 млн. тонн. Обычно нефтешлам представляет собой структурную систему вода в нефти (10ч20 - 90ч80%), которую возможно расслоить только при высоких напряжениях: например с помощью вибрации или скорости деформации. В данной работе предложено разрушать эту структуру напряжениями, воздействующими при центробежной фильтрации на неньютоновскую жидкость, текущую по поверхности вращающейся проницаемой криволинейной насадки.

Работа выполнена на кафедре «Процессы и аппараты химических производств» ГОУ ВПО Волгоградского государственного технического университета по тематическому плану НИР, проводимой по заданию Федерального агентства по образованию №01200500650 (теме №1.121.04 «Разработка теоретических основ процессов разделения неоднородных систем») и по заказам промышленных предприятий г. Волгограда.

Цель работы. Целью работы является разработка физической и математической моделей, алгоритмов, программ и методики инженерного расчета основных гидродинамических параметров центробежного течения неньютоновских жидкостей на проницаемых насадках произвольной формы для интенсификации процессов разделения вторичного углеводородного сырья.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ методов, связанных с разрушением структуры нефтешламов и математических моделей течения вторичного углеводородного сырья, обладающего неньютоновскими свойствами;

- физическое и математическое моделирование течения неньютоновской жидкости по поверхности центробежной, проницаемой насадки произвольной формы;

- анализ дифференциальных уравнений течения и неразрывности с переходом на численные методы расчетов кинематических, динамических и энергетических характеристик центробежной фильтрации неньютоновской жидкости на центробежных насадках с произвольным профилем;

-экспериментальное определение реологических свойств вторичного углеводородного сырья;

-проверка математической модели на адекватность;

-разработка алгоритмов и программ для расчета и оптимизации центробежного течения неньютоновских жидкостей по поверхности с различным профилем и степенью проницаемости;

-разработка инженерной методики расчета процесса центробежной фильтрации неньютоновской жидкости на проницаемой насадке криволинейной формы.

Положения, выносимые на защиту:

1.Физическая модель разрушения структуры нефтешламов при центробежной фильтрации на насадках произвольного профиля с изменяющейся проницаемостью.

2.Математические модели, алгоритмы и программы для расчета течения и фильтрации нефтешламов, как структурированной системы неньютоновской жидкости в центробежном поле на проницаемых насадках произвольной формы.

3.Инженерная методика расчета геометрических размеров и технологических параметров течения жидкости по поверхности криволинейных проницаемых насадок.

Научная новизна:

1. Разработаны математические модели, в которых рассматриваются течения нелинейно-вязкой жидкости по поверхности проницаемой насадки, с новыми граничными условиями и уравнением фильтрации, что позволяет создать более эффективный метод для разделения вторичного углеводородного сырья от мелкодисперсной воды.

2. Разработаны алгоритмы и программы для расчета течения нелинейно-вязкой жидкости по насадке с изменяющейся проницаемостью и произвольным профилем.

3. Разработана методика инженерного расчета центробежных проницаемых насадок с различным профилем поверхности, позволяющая автоматизировать процесс выбора необходимой насадки и ее оптимальных режимов работы.

Практическая ценность. Полученные математические модели, алгоритмы и программы расчетов использованы на трех предприятиях, использующих разработанную методику инженерного расчета вышеназванных насадок и позволяют оптимизировать технологические режимы эксплуатации (акты внедрения приложены в диссертации) и может быть использована в ВУЗах, проектных и научно-исследовательских организациях, КБ предприятий, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой, микробиологической промышленности и других отраслей производства, в том числе в экологические процессы вторичного извлечения полезных компонентов из нефтешлама. Для в каждого конкретного случая необходимо проводить исследования реологических свойств перерабатываемых сред.

Предложен эффективный метод разделения нефтешламов как неньютоновских жидкостей, основанный на предварительной их обработке касательными напряжениями(скоростями деформации), и позволяющий после разрушения структуры избавиться от находящейся в нефтешламе мелкодисперсной воды.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: 8-я Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, 2003г., г. Волгоград; 11-я Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии», 2006г., г. Самара; 2-я Межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов «Теория, практика и перспективы развития современного сервиса», 2007г., г. Волгоград; Международная конференция «Информационные технологии в образовании, технике и медицине», 2009г., г. Волгоград.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из них 5 в журналах, рекомендованных ВАК, 3 в сборниках научных трудов и получен патент на полезную модель.

Все статьи написаны в соавторстве. Никулину И.А. принадлежат материалы, касающиеся литературного и патентного обзора, проведения экспериментов и обработки полученных экспериментальных результатов, корректировки математической модели под частный случай течения нелинейно-вязкой жидкости, разработки алгоритмов и программ, проведения расчетов, создание инженерной методики расчета течения жидкости по поверхности криволинейной проницаемой центробежной насадки.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, содержащего 155 источников и приложений. Содержание диссертации изложено на 161 странице машинописного текста, включая 36 рисунков и таблиц.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, отмечена важность проблемы, возрастающая из-за огромного количества нефтешлама, хранящегося и ежегодно появляющегося в процессах добычи, переработки и транспортировки нефти, а так же невозможность полностью решить эту проблему имеющимися в данное время методами и аппаратами. Все известные методы не позволяют избавиться от мелкодисперсной воды, которая содержится в каплях размером меньше 100 мкм. Кроме того, возникают большие проблемы, как в процессах перегонки и переработки, так и в процессах хранения и утилизации, т.к. радиоактивная соль, растворенная в воде, остается в шламоотстойниках и оказывает негативное влияние на окружающую среду. Поэтому решение проблемы разделения тонкодисперсной системы типа “вода в нефти” является весьма актуальной задачей, представляющей значительный теоретический и практический интерес.

В первой главе приведен обзор процессов образования нефтешлама, теоретических и экспериментальных исследований процесса обезвоживания нефтешлама, анализ методов обработки и способов утилизации нефтешлама, а также критический анализ методов и аппаратов для разделения водонефтяных эмульсий, их ограничения в применении и в итоге невозможность, при их использовании избавиться от мелкодисперсной воды. Проанализированы существующие математические модели движения нелинейно-вязкой жидкости по поверхности центробежной насадки. Рассмотрено течение жидкостей по поверхности диска, цилиндрической, конической, криволинейной насадок с проницаемой и непроницаемой поверхностью, а так же по внутренней и внешней поверхности.

Большой вклад в развитие теории течения неньютоновских сред по поверхности вращающихся насадок внесла "Казанская школа": Тябин Н.Н., Александровский А.А., Вачагин К.Д., Гарифуллин Ф.А., Гимранов Ф.М., Зиннатуллин Н.Х., Зиннатуллина Г.Н., Нафиков И.М. и др. Так же течением жидкостей на поверхности вращающейся насадки занимаются Ибятов Р.И., Холпанов Л.П., Ахмадиев Ф.Г. и др.

В ВолгГТУ под руководством Рябчука Г.В. также велись исследования такого течения.

Общим недостатком этих работ является невозможность использования полученных результатов к насадкам произвольного профиля. Выбор уравнения профиля образующей насадки в виде (r-радиус,l-длина,a и b сомножитель и степень соответственно), позволяет моделировать процессы течения перерабатываемых сред лишь для узкого класса криволинейных поверхностей. Решение системы дифференциальных уравнений искалось методом перехода от уравнений в частных производных к системе уравнений в полных производных путем подбора специальной переменной, что приводит к ошибкам, связанным с потерей части граничных условий, особенно при течении неньютоновской жидкости.

Поэтому необходимо найти решение системы уравнений движения в частных производных для описания течения нелинейно-вязкой жидкости по поверхности криволинейной насадки с произвольным профилем и изменяющейся проницаемостью.

Так же проанализированы методы и конструкции фильтрационных центробежных насадок. На основе проведенного обзора сформулированы цели и задачи настоящего исследования.

Во второй главе проведены теоретические исследования процесса движения нелинейно-вязкой («степенной») жидкости по поверхности проницаемой криволинейной центробежной насадки произвольной формы.

Рассмотрено течение несжимаемой нелинейно-вязкой сплошной среды по внутренней поверхности вращающейся проницаемой криволинейной насадки. Считаем, что насадка вращается с постоянной угловой скоростью щ вокруг своей вертикальной оси. Подача жидкости осуществляется через сопло в центр насадки. Течение стационарное изотермическое при постоянном расходе, секундный объёмный расход жидкости qж (рис.1), где l длина образующей поверхности насадки, r0 радиус плоского участка насадки, течение без захлебывания (жидкость не переливается через край насадки), h толщина пленки жидкости. Ось z направлена по нормали к поверхности насадки с углом наклона поверхности и.

Рис.1 - Физическая модель процесса стационарного течения неньютоновской жидкости по внутренней поверхности вращающейся проницаемой криволинейной насадки,

где 1-зона осевого течения; 2-зона пространственно-пограничного слоя; 3-зона тонкоплёночного течения.

В данной работе рассматривается только зона течения 3. При рассмотрении процесса течения жидкости по поверхности насадки будем полагать, что течение ламинарное, безволновое и осесимметричное. Силами тяжести, поверхностного натяжения и трения пленки жидкости о воздух можно пренебречь, поскольку они много меньше центробежных и кориолисовых сил, а так же сил вязкостного трения в жидкости.

Коэффициенты Ляме для выбранной системы координат (рис.1) определяются из зависимостей:

, .

Уравнения движения в выбранной системе координат с учётом принятых допущений запишутся в виде:



Уравнение неразрывности принимает вид:

.

Здесь -меридиональная, нормальная (скорость фильтрации) и тангенциальная скорости соответственно, -производная поперечной кривизны насадки по координате l, P-давление, с-плотность среды, фij-компоненты тензора напряжений.

Будем полагать, что при движении неньютоновской жидкости по проницаемой криволинейной насадке реализуется тонкопленочное течение, так что становится справедливым по всей длине образующей соотношение:

.

Используя соотношения (14), определим порядок компонент скорости:

; .

Порядок величин дифференциальных операторов определяется соотношениями:

~; ~; т.е..

Оценка дифференциальных операторов позволяет в уравнениях движения учитывать только касательные напряжения на площадках с нормалью z, т.е. фlz и фцz.

Сделанные допущения позволяют записать уравнения движения в виде:

;

;

.

В соответствии с физической моделью данной задачи граничные условия принимают вид:

при z=0: , где: ;

при z=h: .

Скорость фильтрации определим как:

,

где л -коэффициент проницаемости, характеризует степень проницаемости центробежной насадки (м); µэф - эффективная вязкость жидкости; Др- перепад давления.

Так как скорость фильтрации в центробежном поле

,

где ,

k - константа консистентности, n - индекс течения, г - градиент скорости.

Постоянство скорости фильтрации может быть обеспечено при постоянном значении мэф ,а это может выполняться только при , при z=0. Тогда:

Отсюда ,

где r0 и ri начальный радиус криволинейной насадки, радиус прямого участка насадки и текущий радиус соответственно. Результаты расчетов приведены на (рис.2)



Рис. 2 - Распределение нормальной скорости жидкости по длине образующей насадки произвольной формы при различных значениях проницаемости насадки, где р значение степени (k=1,15 Па*с-n, щ=100 рад/с, n=0,8, с=900 кг/м3)

Как видно из (рис.2) действительно при условии (26) скорость Vz?const.

Коэффициент проницаемости можно изменять несколькими способами:

- изменением количества пор на единице поверхности насадки;

- изменением толщины стенки по длине образующей насадки;

- изменением условий изготовления пор.

Для преобразования уравнений (17-18) используем метод Слезкина.

Введем обозначения:

;

.

В этом случае уравнение (17) и (18) трансформируется к виду:

;

.

Решение уравнений (29) и (30) с учетом граничных условий (20-21) принимает вид:

;

.

Нормальную составляющую скорости жидкости (Vz), которая является скоростью фильтрации, определим из граничного условия (20), при z=0, в виде:

.

Для определения толщины пленки воспользуемся материальным балансом по подаваемой на криволинейную насадку жидкости:

,

где ql - часть жидкости, текущей вдоль образующей криволинейной насадки; математический моделирование неньютоновский реологический

qz - часть жидкости, которая фильтруется через проницаемую поверхность насадки на капли на длине (0 ч l).

В полученных зависимостях остались неопределенными три параметра: А, В и h. Для их определения имеется интегральное уравнение неразрывности:

.

Из которого определяется значение толщины пленки жидкости вдоль оси l:

.

Два других условия для определения с достаточной степенью точности параметров А и В, можно получить из следующих соображений. Так как в нефтешламах, как показывают эксперименты, силы вязкостного трения много больше сил инерции, то в уравнениях движения (19 и 20) инерционными компонентами скорости можно пренебречь. Тогда уравнения (19 и 20) преобразуются:



.

Проинтегрируем уравнения (37) и (38) в пределах от 0 до h:

;

.

Подставляя в зависимости (39) и (40) найденные ранее значения меридиональной и тангенциальной компоненты скорости, получим:

;

,

где ql = qж - qz.

Система уравнений (31-33) с учетом (36) и (41-42) и ограничений по геометрическим размерам (радиуса центробежной насадки, высоты) и работы насадки без захлебывания представляют собой математическую модель процесса течения неньютоновской жидкости.

В третьей главе диссертации приведены экспериментальные исследования реологических свойств нефтешлама (рис. 8-9). Эксперимент проводили на сертифицированном ротационном вискозиметре фирмы «OFITE». Проводили три параллельных независимых опыта при различных температурах. Результаты представлены на (рис. 8). Методика описана в диссертации и является штатной для любых вискозиметров. Проверена адекватность полученной реологической модели по критерию Фишера.

Рис. 8 - График зависимости касательного напряжения ф от градиента скорости г при различных температурах

Из (рис.8) для t=50оС можно показать, что эффективная вязкость при г=1000 с-1 уменьшается в четыре раза. Дальнейшее увеличение градиента скорости практически не приводит к ее уменьшению. Поэтому значение градиента скорости г=1000 с-1 для исследованной жидкости можно выбрать в качестве рабочего г при течении в центробежном поле.

Для проверки адекватности рассчитывалось дисперсионное соотношение (критерий Фишера) (43):

,

где Sост- остаточная дисперсия, Sвосп- дисперсия воспроизводимости.

Сравнивался полученный нами критерий Фишера с табличным значением, равным 19.4, при нормальности распределения 0,05. Рассчитанный критерий Фишера, по уравнению (43) равен 3.76. Так как Fрасч<Fтабл полученные выше зависимости адекватны. На (рис. 8) показана зависимость полученных данных в трех параллельных опытах. Полученные расчетные значения k=1.15 Па*с-n, n=0.8.

На (рис. 9, 10) показаны изменение толщины пленки жидкости по длине образующей плоской насадки и сравнение с расчетами и экспериментами других авторов и сравнение экспериментальных и теоретических данных изменения толщины пленки жидкости на непроницаемой конической насадке при различных расходах жидкости.

Как видно из (рис. 9, 10) в целом корреляция теоретических и экспериментальных данных удовлетворительная, максимальная погрешность не превышает 9%, а средняя составляет 6-8%.

Рис. 9 - Изменение толщины пленки жидкости по длине образующей плоской насадки и сравнение с расчетами и экспериментами других авторов (k=1.15 Па*с-n, щ=100 рад/с, n=0.8, с=900 кг/м3, л=10-8 м)

Большие отклонения расчетных данных от экспериментальных у других авторов объясняется тем, что они переходили от системы дифференциальных уравнений в частных производных к системе уравнений в полных производных путем подбора специальной переменной. Это как отмечалось выше, приводит к ошибкам, связанным с потерей части граничных условий, особенно при течении неньютоновской жидкости.

Рис. 10 - Изменение толщины пленки жидкости по длине непроницаемой конической насадке при различных объемных расходах жидкости и сравнение с расчетами и экспериментами других авторов

(k=2.1 Па*с-n, щ=100 рад/с, n=0.63, и=55о, с=1020 кг/м3)

На основании физической и математической моделей разработан алгоритм (рис.14) для расчета поля скоростей жидкости (меридиональная, тангенциальная, нормальная), изменения толщины пленки жидкости по длине образующей криволинейной насадки с произвольным профилем и изменяющейся проницаемостью (рис. 11-13).

На (рис. 12, 13) представлено распределение толщины пленки жидкости и меридиональной скорости по длине образующей проницаемой насадки с различным профилем боковой поверхности.



Рис. 11 - Профиль построения криволинейной насадки (1-кри-волинейная, 2-параболическая, 3-параболически-вогнутая, 4-коническая)

Рис.12 - Распределение тол-щины пленки жидкости по длине образующей проницаемой насадки (1-насадка с произвольным профилем,

2-параболическая форма,

3-вогнуто-параболическая,

4-коническая) (k=1.15Па*с-n, n=0.8, л=10-7, щ=100рад/с, с=900 кг/м3)



Рис.13 - Распределение нор-мальной скорости жидкости по длине образующей прони-цаемой насадки (1-насадка с произвольным профилем,

2-параболическая форма,

3-вогнуто-параболическая,

4-коническая)

(k=1,15 Па*с-n, n=0,8 л=10-7, щ=100рад/с, с=900 кг/м3)

Как видно из (рис.13) параболическая насадка обеспечивает больший градиент скорости, а значит, структура нефть-вода по поверхности такой формы насадки будет разрушаться эффективнее.

В четвертой главе описывается инженерная методика расчета и представлен алгоритм расчета:

Постановка задачи. Спроектировать насадку и определить ее геометрические размеры и режимы работы, обеспечивающих разрушение структуру нефтешлама (то есть

dVl/dz >103, 0<l<lк) и формирование капли одинакового размера (Vz=const). 1.Задаемся зависимостью проницаемости от радиуса (45) таким образом, что при различных значениях степени p (p=0,1,2,3...), проницаемость принимает различные формы, как показано на рис. 2. Например при р=0, л-const и т.д.:

,

где л0 проницаемость при ri=r0.

2.Проводим расчет с помощью, написанной по блок-схеме (рис.15) программы на языке Fortran, для заданных производительности, реологических свойств нефтешлама, плотности, выбираем геометрию центробежной проницаемой насадки, число оборотов.

Например: q=0.0005 м3, с=900 кг/м3, n=0.8, k=1.15 Па*с-n, w=100 рад/с.

3. Результаты расчетов представляем в виде графиков или таблиц зависимостей hi, Vzi, Vli, Vцi по образующей насадки l.

4. Экспериментальным подбором определяем значение степени p пробное для формулы (45) так, чтобы Vz=const , т.к. при постоянном значении нормальной компоненты скорости обеспечивающий монодисперсный распыл (капли одного размера) и контролируем градиент dVl/dz?103.

Таким образом, как видно из (рис.2) при p=2 скорость фильтрации Vz будет постоянной, а значит, размер капель будет одинаковый, что необходимо для разрушения структуры вода-углеводородное сырье, а min dVl/dz =1,5*103.

Во втором пункте методики инженерного расчета методом экспериментальных подборов определяем необходимое количество итераций так, чтобы ошибка не составляла больше 2%. Число итераций по длине насадки и по толщине пленки жидкости равнялось 10 000, так как их увеличение в 10 раз давало отклонение расчетных параметров по l и z не более 1%. То есть, нет смысла увеличивать количество итерации и целесообразнее остановить выбор на 100х100, т.к. при этом обеспечивается необходимая точность численного интегрирования при сокращении времени в 10 раз.

Методом половинного деления определяем производительность, которую обеспечивает установка, при заданных исходных параметрах «без захлебывания».

Разбиваем всю длину насадки на 100 частей, а так же всю толщину на 100 элементов и на каждом участке определяем Аi, Bi, hi, Vzi, Vli, Vцi по формулам (31, 32, 33, 36, 41, 42).

Определяем расход нефтешлама, вытекшего через проницаемую стенку центробежной насадки на выбранном элементе длины (qz); определяем расход нефтешлама, который остался на внутренней поверхности насадки и перетек в следующий элемент длины (ql). Переход к i=i+1 и повторяем расчет

Аналогично определяем элементарную диссипацию энергии ДDi для элементарного объема, имеющего ширину в одну сотую толщины hi, высоту, в одну сотую высоты zk и длину 2рRi

,

где .

Как показывает расчет при w=100 рад/с наименьший градиент скорости равен 1582,56 с-1, мощность установки 249,1 Вт. При снижении числа оборотов до 75 рад/с минимальный градиент скорости становиться равным 1001 с-1, т.е. больше требуемого, при котором происходит разрушение нефтешламов. При этом мощность установки уменьшается в 1,84 раза и становиться равной 141,1 Вт.

Таким образом, можно подобрать оптимальный режим работы, при заданных геометрических параметрах центробежной проницаемой насадки любого профиля, обеспечивающий разрушение структуры нефтешлама и минимизацию затрат энергии.



Рис. 14 - Блок-схема инженерного расчета центробежной фильтрационной установки и определения основных гидродинамических параметров

По данному алгоритму реализована программа на языке Fortran, позволяющая автоматизировать процесс выбора необходимой центробежной насадки, ее геометрических размеров и оптимальных режимов работы для снижения энергозатрат, максимальной производительности и обеспечения необходимого градиента скорости. Программа применяется в учебном процессе при подготовке магистров по программе 150435-Машины и аппараты химических производств, в Волгоградском государственном техническом университете и на трех предприятиях России (акты внедрения представлены в приложении диссертации).

Для увеличения интенсивности процесса течения и центробежной фильтрации неньютоновской жидкости через проницаемую поверхность насадки предложена конструкция центрифуги, в которой в пограничном слое вблизи вращающейся поверхности насадки установлена неподвижная гильза, повторяющая боковой профиль насадки. Гильза обеспечивает увеличение основного градиента dVl /dz и создает дополнительный градиент скорости . Это позволяет создать необходимые градиенты скорости и напряжений, разрушающие структуру нефтешламов при небольших числах оборотов центробежной криволинейной, проницаемой насадки (рис. 15, 16). На предложенную конструкцию получен патент РФ.

Рис. 15 - Профиль скорости :

a - с гильзой, б - без гильзы >0



Рис. 16 - Профиль скорости Vl = Vl(z):

a - с гильзой, б - без гильзы

В итоге эффективная вязкость описывается формулой:

.

Табл.1 Технико-экономические показатели центробежной установки производительностью 5*10-4 м3/с (1,8 м3/час)

№ п/п	Наименование параметра	Размерность	Величина
1	Габаритные размеры h х r	м	0.33 х 0.35
2	Профиль поверхности		параболическая, мо-нотонно возрастающая
3	Поверхность		переменно проницаемая
4	Угловая скорость, щ	рад/с	75
5	Режим работы	час/день	8
		дней/год	250
6	Производительность	м3/год	3 600
		тон нефти/год	3 200
		ж/д цистерн/год	64
7	Удельные затраты энергии с учетом нагрева от 20 оС до 50 оС и обработкой в центробежном поле	кВт*час/м3	26.64
8	Удельные затраты энергии с учетом нагрева от 20 оС до 100 оС без обработкой в центробежном поле	кВт*час/м3	71
9	Себестоимость энергии при нагреве от 20 оС до 50 оС и обработкой в центробежном поле	руб/м3	61.26
10	Себестоимость энергии при нагреве от 20 оС до 100 оС без обработкой в центробежном поле	руб/м3	163.3
11	Разница в себестоимости	руб/м3	102
12	Экономический эффект за год	руб/год	360 000
13	Уменьшение себестоимости в	раз	2.66

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1.Решена задача моделирования процесса течения неньютоновской жидкости на проницаемой насадке произвольной криволинейной формы как сложной системы одновременно протекающих явлений-течения нелинейно-вязкой жидкости по внутренней поверхности проницаемой криволинейной насадки и фильтрации среды через проницаемую поверхность насадки.

2. Разработаны алгоритмы и программы численного решения полученной системы уравнений, течения неньютоновской жидкости по поверхности проницаемой насадки произвольной формы с изменяющейся проницаемостью. Определены основные гидродинамические параметры этого течения, при этом относительные отклонения теории от эксперимента не превышают 8-9%.

3. Разработана методика инженерного расчета течения неньютоновской жидкости по поверхности проницаемых криволинейных насадок позволяющая определить форму образующей поверхности насадки, при которой обеспечивающей большие градиенты скорости и высокие значения скорости фильтрации.

4. Предложен новый метод разделения вторичного углеводородного сырья на основе течения неньютоновской жидкости по внутренней поверхности проницаемой центробежной насадки.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Математическая модель процесса течения неньютоновской жидкости по поверхности криволинейной насадки произвольной формы / В.А. Гордон, Д.В. Грабельников, И.А. Никулин, Г.А. Попович, Г.В. Рябчук, О.Н. Тимакова // Изв. ВолгГТУ. - Вып. 1 : Межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2007. - № 11. - C. 66-70.

2. Математическое моделирование процесса эмульгирования на бироторном эмульгаторе / В.А. Гордон, Д.В. Грабельников, И.А. Никулин, Г.А. Попович, Г.В. Рябчук, Г.И. Первакова // Изв. ВолгГТУ. Вып. 1 : Межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2007. - № 11. - C. 15-18.

3. Течение вязкой жидкости по поверхности криволинейной насадки произвольной формы / В.А. Гордон, Д.В. Грабельников, М.Е. Кисиль, И.А. Никулин, Г.В. Рябчук, О.Н. Тимакова // Изв. вузов. Химия и химическая технология. Раздел «Химическая технология»- 2006. - Т. 49, вып. 7. - C. 84-87.

4. Двухслойное течение несмешивающихся неньютоновских жидкостей по внутренней поверхности конической насадки / Д.С. Блинов, В.А. Гордон, Д.В. Грабельников, И.А. Никулин, Г.В. Рябчук // Изв. вузов. Химия и химическая технология. Раздел «Химическая технология» - 2007. - Т. 50, вып. 7. - C. 92-95.

5. Натекание струи неньютоновской жидкости на поверхность вращающегося диска / Е.А. Беднарская, Д.С. Блинов, В.А. Гордон, Г.В. Рябчук, И.А. Никулин, А.С. Чудин // Изв. вузов. Химия и химическая технология. Раздел «Химическая технология» - 2007. - Т. 50, вып. 8. - C. 117-119.

6. Определение основных гидродинамических параметров процесса течения «степенной» жидкости по проницаемой поверхности насадки произвольной формы / И.А. Никулин, А.Б. Голованчиков, Г.А. Попович, П.В. Мишта, Г.В. Рябчук // Изв. ВолгГТУ. Вып. 3 : Межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - №1. -С.17-21.

7. Определение меридиональной, тангенциальной и осевой скоростей течения «степенной» жидкости по внутренней поверхности криволинейной насадки и насадки с произвольным профилем / И.А. Никулин, А.Б. Голованчиков, А.В. Кузнецов, П.В. Мишта // Изв. ВолгГТУ. Вып. 3 : Межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - №1. -С.21-26.

В патентах на изобретение:

1. Патент: П.м. 88292, МПК В04В З/00. Фильтрующая центрифуга» / А.Б. Голованчиков, С.А. Трусов, Н.А. Дулькина, И.А. Никулин, Е.Г. Фетисова; ВолгГТУ. - №2009120166/22; заяв. 27.05.09; опубл. 10.11.09, бюл.№31.

В прочих изданиях:

1. Никулин, И.А. Математическое моделирование разделения суспензий осаждением в прямоточном цилиндрическом гидроциклоне / И.А. Никулин, В.О. Яблонский // VIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 11-14 ноября 2003 г. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2004. - C. 52-53.

2. Никулин, И.А. Новый способ переработки нефтешламов / И.А. Никулин, Пав.В. Мишта, Г.В. Рябчук // Наукоемкие химические технологии - 2006 г. XI междунар. науч.-техн. конф., 16-20 октября 2006 г. / Самар. гос. техн. ун-т [и др.]. - Самара, 2006. - Т. II. - C. 137-138.

3. Получение битумных эмульсий на бироторном эмульгаторе / И.А. Никулин, С.В. Силкин, В.Н. Карев, Пав.В. Мишта // Теория, практика и перспективы развития современного сервиса (г.Волгоград, 19-20 апр. 2007 г.): матер. II межвуз. науч.-практ. конф. молодых ученых и студ. / ГОУ ВПО "Моск. гос. ун-т сервиса", Волгогр. филиал [и др.]. - Волгоград, 2007. - C. 198-201.

Размещено на Allbest.ru

...