Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время значительный практический интерес представляет процессы образования и разложения газогидратов. Возможность консервации большого объема газа в газогидратном (твердом) состоянии делает технологии гидратообразования экономически привлекательными для хранения и транспортировки природного газа, в особенности для небольших газовых месторождений, что особо актуально, если учитывать, что через несколько десятков лет в России останутся лишь небольшие месторождения природного газа. Экономичность хранения газа в виде газогидрата, объясняется тем, что необходимо небольшое давление даже порядка 1 атм. при отрицательной температуре. Существенно и то, что в небольшом объеме газогидрата заключен большой объем газа. Так при разложении одного кубометра газогидрата выделяется сто шестьдесят кубометров газа, что позволит в буквальном смысле перевозить газ в цистернах без строительства трубопровода к газодобывающему месторождению.
Также процесс гидратообразования создает предпосылки для возможного решения проблемы утилизации углекислого газа, увеличение концентрации которого в атмосфере является одним из определяющих факторов изменения климата планеты.
Благодаря широкому распространению газожидкостных пузырьковых систем в природе и их интенсивному применению в современной технике, возрастает интерес исследователей к классу задач, связанных с проблемами механики пузырьковых сред. Так одним из методов основанным на использовании пузырьковой жидкости для синтеза газогидрата является барботаж. Однако этот процесс можно существенно усилить, воздействуя волнами давления, поэтому анализ динамики волн в пузырьковой жидкости при условиях близким к условиям образования гидрата является актуальным.
Цели работы. Теоретическое исследование распространения волн давления в пузырьковых жидкостях, содержащих гидратообразующий газ; выявление эффективных условий гидратообразования с точки зрения быстроты процесса; анализ влияния начальных параметров на образование гидрата; исследование процессов распространения акустических волн в газожидкостной среде, находящейся при условиях гидратообразования; исследование динамики нелинейных волн в пузырьковой жидкости, находящейся в каналах переменного сечения, для анализа возможности создания условия гидратообразования посредством слабых волн.
Научная новизна.
-
Впервые решена задача о распространении ударных и акустических волн в пузырьковой жидкости сопровождаемых процессом образования газогидрата.
-
Изучено влияние параметров смеси (размера пузырьков, объемного газосодержание) на эволюцию волн давления и процесс дробления пузырьков с гидратообразующим газом.
-
Рассмотрена динамика нелинейных волн в конусообразных сужающихся каналах с закрытым дном, заполненных пузырьковой жидкостью содержащей гидратообразующий газ.
-
На основе анализа динамики нелинейных волн показана возможность инициирования образования гидрата в каналах с начальным сужающимся участком импульсами давления малой амплитуды.
-
Исследовано распространение акустических волн в зависимости от состава пузырьковой жидкости содержащей гидратообразующий газ и ее параметров.
Достоверность работы основана на использовании основных уравнений механики сплошных сред и волновой динамики; корректной теоретической постановки задач и получения систем решений, непротиворечивости этих решений общим волновым и термодинамическим представлениям; на проведении тестовых расчетов и сравнении результатов расчетов с экспериментальными данными.
Практическая ценность. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при разработке, как теоретических основ, так и практических методов, связанных с синтезом газогидратов.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на следующих конференциях и научных школах:
– Четырнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (г. Уфа, институт механики, 27 марта-3 апреля, 2008г.);
– Всероссийская научно-практическая конференция «Обратные задачи в приложениях» (г. Бирск, БирГСПА, 19-27 июня, 2008г.);
– Семинар «Проблемы математики в промышленности и экономике» (г. Бирск, БирГСПА, 30-31 октября, 2008г.);
– Пятнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (г. Кемерово, КемГУ, 26 марта-2 апреля, 2009г.);
– VII Всероссийская научно-методическая конференция «ЭВТ в обучении и моделировании» (г. Бирск, БирГСПА, 19-20 июня, 2009г.);
– Научная конференция аспирантов и студентов (г. Бирск, БирГСПА, 2009г.);
– Международная конференция «Перспективы освоения ресурсов газогидратных месторождений» (г. Москва, университет нефти и газа им. И.М. Губкина, 17-18 ноября, 2009г.);
– Шестнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (г. Волгоград, ВГУ, 22-29 апреля, 2010г.);
– Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Кемерово, ГОУ ВПО Кем ГУ, 2010г.);
– Республиканская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Бирск, БирГСПА, 19-27 июня, 2010г.);.
– Российская конференция «Многофазные системы: природа, технологии, общество», посвященная 70-летию академика Р. И. Нигматулина (г. Уфа, УНЦ РАН, 21-25 июня, 2010г.)
Кроме того, результаты работы докладывались на семинарах Проблемной лаборатории математического моделирования и механики сплошных сред под руководством профессора С.М. Усманова и В. Ш. Шагапова.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 статьях, в том числе в научных изданиях, рекомендованных ВАК – 1 статья (см. в списке).
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.
