Введение к работе
Актуальность топы. Настоящая работа посвящена исследовании волновых процессов в нефтяных суспензиях при течении их в трубах. Эта область исследований является составной частью целого комплекса научных разработок, связанных с проблемаші сбора, подготовки, переработки нефти и многими проблемами современного трубопроводного транспорта. Одна из таких проблем - участившиеся аварии на крупных нефтегазопроводах, происходящие при запуске, останове , или смене реаима их работы, то есть такие критически?, режимы эксплуатации, когда в магистральных нефтегазопроводах могут развиваться давления, превышающие предел прочности стенок трубопровода. В связи с этим, весьма актуальны проблемы гидродинамики волновых течений нефтей в трубах.
Наиболее перспективным направлением в решении этих проблем является исследование волновых процессов с учетом особенностей реологического поведения нефтей. В связи с этим, возникает дроблена выбора адекватной реологической модели нефтяных суспензий. Сложность состава рассматриваемых нефтей вызывает аномалии их реологического поведения, -невозможность'их описания в райках классической вязкой жидкости. Многие аномальные нефти обладают твскоїропньнга, вязкопластичнши, релаксационными свойствам. Релаксационные свойства нефтей обычно наблюдаются при наличии в их составе асфальтенов и парафина и значительно усиливаются при низких температурах, когда эти компоненты содержатся в виде твердых диспергированных частиц, концентрация которых может быть различна, т.е. в нефтяных суспензиях. При низкой концентрации твердых частиц волновые процессы в нефтяных суспензиях хорошо описываются с применением реологических моделей вязкоупругих сред. Однако, с повышением концентрации'до 15-20 % возникав* необходимость учета влияния отдельных частиц на динамику протекающих в нефтяных суспензиях волновых процессов.
Необходимо выделить- еще один аспект проблемы, а именно,
учет характера деформируемости стенки трубы. При исследовании
волновых процессов в нефтяных суспензиях в трубах необходимо о
принимать во внимание, что с точки зрения.характера деформируемости применяемые в современных технологиях трубы могут делиться' на деформируемые, тонкостенные и надеформируемие, толстостенные. Этот фактор так яю. является существенным при исследовании волновых процессов в нефтяных суспензиях при течении их в тру---.
бах.
Весь комплекс обознаізнних выше проблем - от.реологических особенностей нефтяных суспензий до характера деформируемости стенок трубы представляет собой различные стороны одного вопроса,, ответ на который есть цель данной работы: как влияют реоди-лаии-чаские особенности вязкоупругих нефтяных суспензий на характер волновых процессов при течении их в трубах с деформируе-тами и жесткими стенками.
В соответствии с целью исследований в настоящей работе решаются следующие основные.задачи: выбор реологической модели впзкоупругой нефтяной суспензии, отражающей основные особенности данной среды; построение математической модели процесса распространения волн в суспензиях в трубах и подробный анализ построенного приближения; постановка задач, отражающих наиболее характерные ситуации возникновения волновых течений суспензий в трубах; разработка методов решения поставленных задач, их решение и анализ полученных результатов.
Научная новизна исследований заключается в построении математической модели распространения нелинейных волн в системах жидкость -твердые частицы применительно к нефтяным суспензиям о учетом эффекта осцилляции твердых частиц при волновом характера воздействия; в разработке иетода определения реологических параметров суспензий в рамках модели с внутренними осцилляторами; в реализации численного метода решения волнового релаксационного уравнения Буссинеска.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов для проведения гидродинамических расчетов прк проектировании нефтепромыслового оборудования и нефтепроводных систем с целью обеспечения надежности их работы в зимний период експлуатацій;-в возможности предсказания критических ситуаций, которые могут привести к авариям на трубопроводах.
На защиту выносятся:
положение о возможности представления вязкоупругих.суспензий в рамках реологической модели вязкоупругости с внутренними осцилляторами;
математическая модель волновых процессов в вязкоупругих суспензиях в трубах;-..''
резулыаты дисперсионного анализа волнового уравнения;
результаты численных экспериментов по исследованию влия-
ния реодинамических свойств суспензий на волновые процессы прг? течении их в трубах.
Достоверность полученных результатов. Построение матенати-ческой модели процесса распространения волн в суспензиях в трубах базируется на фундаментальных положениях механики сплошных сред. Характер решения волновых задач при соответствующих реологических коэффициентах совпадает с известными результатами по распространению волн в идеальных и вязких жидкостях. Сравнение полученных результатов по распространению ударных вслн в суспензиях с известными экспериментальными данными других авторов показывает их качественное совпадение.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на объединенном семинаре отдела "механики многофазных сред" ИШіСС АН УзССР; на ІУ Всесоюзной конференция по механика аномальных систем (Баку, 1986 г.); на У Всесоюзной школе молодых специалистов "Современные проблемы теплофизики" (Новосибирск, 1988 г.); на Республиканской научно-технической конференции "Механика жидкостей и многофазных сред" (Ташкент, 1988 г.); на Всесовзном семинаре по совремзнныи проблемам нефте-газопромысловой механики (Баку, 1988 г.); на Республиканской конференция "Механика сплошных сред" (Ташкент, 1989 г.); на научном семинаре кафедры Прикладной математики « физики БашГУ (Уфа, 1991 г.); на УП Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (їіосква, 1991 г.).
Объем работы составляет 143 страницы", в том числе 110 страниц машинописного текста и 43 рисунка. Список литературы содержит 91 наименование.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения.и списка использованной литературы.