Главная Коллекция "Revolution" Геология, гидрология и геодезия Моделирование гравитационной конвекции в зазорах и узких расщелинах

Моделирование гравитационной конвекции в зазорах и узких расщелинах

Применение технологии гидроразрыва для улучшения нефтеотдачи. Движение дисперсных систем. Использование приближения взаимопроникающих и взаимодействующих континуумов. Построение замкнутых двухконтинуальных моделей. Возникновение вихревых течений.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 02.11.2018
Размер файла 54,0 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование гравитационной конвекции в зазорах и узких расщелинах

И.А. Боронин

Институт Проблем Управления РАН, Москва, Россия

Задачи гравитационной конвекции широко распространены во многих сферах человеческой деятельности и природе. Примеров - бесчисленное множество, поэтому приведем лишь несколько. Самый наглядный пример - водоочистительные станции, различные градирни, отстойники. Технология гидроразрыва [1] для улучшения нефтеотдачи основана на том, что в скважину под большим давлением закачивают некоторую суспензию, которая закрывает поры и препятствует быстрому закрытию трещин, получившихся в результате гидроразрыва. В медицине, например, близкая задача возникает при оседании эритроцитов крови. В химии - при оседании различных веществ в пробирках. Центрифугирования суспензий [2] основано на принципе рассогласования фаз под действием массовой силы.

При исследовании задач гравитационной конвекции суспензий в рамках двухконтинуальной модели особое внимание уделяется моделированию течений, вызванных неустойчивым ростом неоднородностей концентрации дисперсной фазы (фазы частиц). При этом при движении суспензии рождаются вихри, которые могут ускорять или замедлять оседание частиц. Один из неожиданных эффектов, выявленных экспериментально, но не допускающих интерпретации на основе простых гидравлических или аналитических моделей, - увеличение скорости оседания частиц в закрытых сосудах при отклонении стенок сосуда от направления силы тяжести. Этот эффект был обнаружен еще в начале XX века известным английским ученым-медиком Артуром Бойкоттом (A.E. Boycott) при оседании эритроцитов крови [3] и с тех пор в литературе носит название эффекта Бойкотта. Как правило, ускорение процесса оседания частиц связывают с возникновением крупномасштабных вихревых течений в процессе гравитационного осаждения суспензии.

Современный подход к описанию движения дисперсных систем основан на использовании приближения взаимопроникающих и взаимодействующих континуумов, где каждый континуум относится к определенной фазе вещества. Построение замкнутых двухконтинуальных моделей возможно лишь при наложении ряда ограничений на структуру среды, ее фазовый состав, форму включений, диапазон скоростей рассматриваемых течений и т.д. В литературе существует совсем немного работ, в которых для исследования гравитационной конвекции дисперсных систем применяются обоснованные континуальные модели.

Для ряда часто встречающихся на практике режимов конвекции допустимы существенные упрощения.

Целями работы являются:

§ Моделирование процесса гравитационной конвекции в различных по формам сосудах и при различных начальных данных.

§ Исследование возникновения вихревых течений, а также эффектов ускоренного осаждения частиц в сосуде с наклонными стенками (эффект Бойкотта) и горизонтального расслоения дисперсной примеси. Сопоставление полученных результатов с известными в литературе.

Постановка задачи о гравитационной конвекции.

В качестве основы для данной работы рассматривается постановка задачи о гравитационной конвекции, полученной в работе [4]:

технология гидроразрыв вихревой дисперсный

где ns - числовая концентрация, v и vs - векторы скоростей несущей фазы и частиц, fs - сила межфазного взаимодействия (позже будет показано, что ее влияние в большинстве случаев сводится к силе Стокса и Архимеда), g - ускорение свободного падения, и - динамическая вязкость и плотность несущей фазы.

Далее производится переход к квазидвумерной поставке задачи путем осреднения уравнений с учетом того, что масштаб по третьей координате (толщине зазора) считается много меньше масштаба двух других координат. Полученная таким образом система уравнений, является итоговой для данной работы и все расчеты проводились на ней:

где в фигурных скобках осредненные величины (по толщине зазора), j - единичный орт, направленный против силы тяжести, Re - число Рейнольдса, C - единственный безразмерный параметр и параметр управления гравитационной конвекцией, p1 - новый масштаб давления, в связи с осреднением задачи.

Численные расчеты, проведенные в данной постановке задачи, подтверждаются опытами [3], управление процессом гравитационной конвекции представляется интересной и требующей внимания проблемой.

Список литературы

1. McCaffery S.J., Elliott L., Ingham D.B. Enhanced sedimentation in inclined fracture channels // Topics in engineering. 1998. V. 32, 291 p.

2. Ungarish M., Hydrodynamics of Suspensions: Fundamentals of Centrifugal and Gravity Separation. Berlin: Springer, 1993. 317 p.

3. Boycott A.E. Sedimentation of blood corpuscles // Nature. 1920. V. 104 P. 532.

4. Невский Ю.А. Гравитационная конвекция суспензий и аэрозолей в закрытом сосуде. // Труды института УНЦ РАН. Вып. 5. С. 282-288.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены