Исследование влияния СВЧ поля на одиночную каплю в водонефтяной эмульсии в поле сил тяжести тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Фатхуллина Юлия Ильдаровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СВЧ ПОЛЯ НА ОДИНОЧНУЮ КАПЛЮ В ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ПОЛЕ СИЛ ТЯЖЕСТИ

01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

4 ДЕК 2014

005556196

Уфа-2014

005556196

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ковалева Лиана Ароновна Научный консультант: кандидат физико-математических наук,

Мусин Айрат Ахматович

Официальные оппоненты: Кислицын Анатолий Александрович

доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет», заведующий кафедрой микро - и нанотехнологий

Топольников Андрей Сергеевич

кандидат физико-математических наук, ООО «РН-УфаНИПИнефть», начальник отдела механизированной добычи

Ведущая организация: Институт механики им. Мавлютова

Уфимского научного центра РАН

Защита состоится <¿3» « 20\Ц, г. в .00 час. на

заседании диссертационного совета Д 212.013.09 при Башкирском государственном университете по адресу: 450074, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, в аудитории 216 физико - математического корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета^ И-й toiw Www. |

Автореферат разослан «1о » » 201Ц г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

д. т. н., профессор И^Г^/ Ковалева Л. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из важных технологических процессов в нефтедобыче является промысловая подготовка нефти, в которой основную задачу составляет обезвоживание водонефтяной эмульсии. Другая задача, связанная с проблемой обезвоживания устойчивых водонефтяных эмульсий - утилизация нефтяных шламов, в огромных количествах накопленных в районах нефтедобычи, трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, а также предприятий нефтепереработки и нефтехимии.

Основными методами обезвоживания водонефтяных эмульсий на практике являются: термические, биологические, физико-химические, химические. Большая часть методов разрушения водонефтяных эмульсий основана на контактных методах нагрева и использовании деэмульгаторов. Первые характеризуются излишне высокими энергетическими затратами, вторые приводят к загрязнению сточных вод и продуктов нефтепереработки.

В последние годы получают развитие термические методы с применением электромагнитной (ЭМ) энергии, в частности, высокочастотной (ВЧ) и сверхвысокочастотной (СВЧ) ЭМ энергии. Параметрами среды, определяющими степень ее взаимодействия с ЭМ полем, являются относительная диэлектрическая проницаемость е' и тангенс угла диэлектрических потерь tgb. Анализ частотных зависимостей диэлектрических свойств водонефтяных эмульсий показал, что у водонефтяной эмульсии имеются две области дисперсии: одна в ВЧ области (R100 МГц), другая - в СВЧ области (1+300 ГГц). Дисперсия в ВЧ области обусловлена ориентационной поляризацией полярных компонентов нефти (асфальтенами, смолами), а в СВЧ области - поляризацией молекул воды. В последнем случае основная часть энергия поглощается водной фазой, сосредоточенной в глобулах воды. Среда, окружающая каплю, значительно меньше поглощает энергию и в первом приближении ею можно пренебречь.

Проводенные Саяховым Ф.Л., Чистяковым С.И., Башировой P.M., Ковалевой J1.A., Зиннатуллиным Р.Р., Fortuny M., Holtze С., Nour A. H., Thomas L., Vega С. И др. эксперименты по разрушению эмульсий СВЧ ЭМ полем показали как положительные результаты -эффективное разрушение эмульсий, так и негативные результаты —

получение более мелкодисперсной эмульсии. Для понимания причин получения таких неоднозначных экспериментальных результатов представляет интерес численное исследование влияния СВЧ ЭМ поля на эмульсионную каплю.

Целью диссертационной работы является изучение механизма воздействия СВЧ ЭМ поля на эмульсионную каплю методом математического моделирования.

Достоверность результатов основывается на применении методов механики сплошных сред при разработке математических моделей рассматриваемых процессов и их физической и математической непротиворечивостью в рамках физических законов.

Практическая ценность. Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы для оптимизации процесса деэмульсации нефти на установках, использующих СВЧ ЭМ энергию. Кроме того, они необходимы для понимания процессов, происходящих в капле и механизмов разрушения эмульсии под действием СВЧ ЭМ поля.

Научная новизна работы:

1. Исследована динамика изменения температуры в капле и окружающей среде под действием СВЧ ЭМ поля в случае, когда течение жидкости индуцировано электрическим полем.

2. Исследована динамика изменения температуры в капле и окружающей среде в поле сил тяжести под действием СВЧ ЭМ поля с учетом конвективных течений жидкости внутри и вне капли.

3. Путем математического моделирования выявлены особенности возникновения конвективных течений в капле и окружающей среде под действием СВЧ ЭМ поля в поле сил тяжести.

4. Исследовано движение сферической капли, находящейся в центре цилиндрического сосуда, в поле сил тяжести под действием СВЧ ЭМ поля.

Защищаемые положения:

1. Математическая модель нагрева эмульсионной капли при СВЧ ЭМ воздействии, учитывающая наличие термоконвективных потоков жидкости внутри и вне капли.

2. Результаты численных исследований теплового движения жидкости внутри и вне капли в поле сил тяжести и СВЧ ЭМ поле.

3. Результаты моделирования движения эмульсионной капли в поле сил тяжести при СВЧ ЭМ нагреве.

Апробация работы. Основные результаты работы, докладывались на следующих конференциях и научных школах: ® Российская конференция «Многофазные системы: природа, человек, общество, технологии», посвященная 70-летию академика Р.И. Нигматуллина, Уфа, 2010 г.

• II Международная конференция «Наноявления при разработки месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям», Москва, 2010.

• Всероссийская научная конференция «Экологические проблемы нефтедобычи», Уфа, 2010.

о Семнадцатая всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2011.

• Всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чтения», Уфа, 2011.

• Всероссийская конференция с международным участием «Фундаментальные проблемы разработки месторождений нефти и газа», Москва, 2011.

• Международная научно-техническая конференция «ГЕОПЕТРОЛЬ 2012» на тему : «Современные технологии освоения месторождений углеводородов на суше и море», Закопане, 2012

® V Российская конференция с международным участием «Многофазные системы: теория и приложения», посвященной 20-летию со дня основания Института механики им. Р. Р. Мавлютова УНЦ РАН, Уфа, 2012

• III Международная конференция «Наноявления при разработки месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям», Москва, 2012.

• Proceedings of ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress & Exposition IMECE2012, USA, 2012

• 14th international conference on Petroleum phase behavior and fouling, Rueil-Malmaison, France, 2013.

• 15th International Conference "Petroleum Phase Behavior and Fouling", Galveston, Texas, USA, June 8-12, 2014.

• Summer workshop "Dynamics of dispersed systems" experimental and numerical research on nano-, micro-, meso and macroscales, Ufa, Russia, June 22-28,2014.

в International Conference on Mathematical Modeling in Physical Sciences, Madrid, Span, August 28-31, 2014.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 18 работах автора, из которых 4 в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.т.н., профессору Л.А. Ковалевой за постановку задачи и постоянное внимание к работе, к.ф.-м.н., старшему преподавателю А.А. Мусину и к.ф.-м.н. Н.М. Насырову за оказанную поддержку при подготовке диссертации.

Работа выполнена при поддержке гранта Министерства образования и науки России 11.034.31.0040 и государственного задания №3.1251.2014/К.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 133 страниц, в том числе 65 рисунка. Список литературы состоит из 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, показана актуальность темы диссертации, сформулированы основные цели исследования, отмечены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведены краткие сведения об эмульсиях, видах эмульсий, их характеристиках и способах образования. Приведен краткий обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных проблеме разрушения водонефтяных эмульсий, а также изучению влияния электрических и электромагнитных полей на водонефтяные эмульсии.

Вторая глава посвящена численному решению задачи о тепловом и электрогидродинамическом воздействии электромагнитного поля на эмульсионную каплю и о влиянии на динамику распределения температуры возникающих течений жидкости внутри и вне капли, индуцированных электрическим полем.

В разделе 2.1 сформулирована математическая модель конвективного движения воды внутри капли и углеводородной жидкости вне капли, индуцированного электрическим полем, при нагреве одиночной эмульсионной капли в ЭМ поле (рис. 1), которая в сферической системе координат имеет вид:

ôt

i

Л.Г

2дт,

сг

1 д(. . Ж

---Хътв—-

г^ътв-с.р, 8в{ 8в

О)

dû c:pi

i = l,2

г'с.р, 8г\ 8Т\_ U,„8T, 8r г

здесь и далее i — индексы 1 и 2 относятся к воде и нефти, соответственно, X, с, р— теплопроводность, удельная теплоёмкость и плотность среды; Т — температура области; Ur и Ue - компоненты вектора скорости движения жидкостей внутри и вне капли (воды и нефти), вызываемые тензором электрических напряжений, q — тепловые источники. Распределение тепловых источников определяется через известное выражение напряженности электрического поля согласно формуле:

а)£0е tg5

где б', - относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс

м

угла диэлектрических потерь среды; ц — плотности внутренних

источников тепла; £о - электрическая постоянная; со — круговая частота ЭМ поля; Е0 — напряженность электрического поля.

В ряде работ были рассмотрены течения, индуцированные электрическим полем, возникающие внутри и вне эмульсионной капли. Одной из первых работ в этом направлении является работа Дж.Дж. Тейлора, который получил выражения для компонентов вектора скорости движения жидкости внутри и вне капли при постоянном электрическом поле, которые имеют следующий вид: внутри капли (г < г0):

вне капли (г > г0):

и,=и„

и,.=и„

/ N 3 Л

Г Г

Л,

У

sU

U J

(sin2 0-2cos2 в)

sin0cos0

я-

sin2 0-2cos2 в)

и,.=и.

sin20

(2)

(3)

(4)

(5)

где Umax - максимальная скорость индуцированного электрическим полем движения жидкости (по Тейлору не зависящая от частоты поля величина).

С. Торза, продолжив исследования Дж.Дж. Тейлора, рассмотрел аналогичную электрогидродинамическую задачу в переменном электрическом поле. В результате были получены аналогичные (2)-(5) выражения для компонентов вектора скорости, в которых максимальная скорость индуцированного электрическим полем движения жидкости задавалась следующей формулой:

= us + uT, (6)

где Us и UT - постоянная и переменная части Umax, которые зависят от частоты приложенного электрического поля.

Рис. 1. Схема расчетной области

При записи системы уравнений (1) - (5) сделаны следующие допущения и предположения:

1) конвективные течения, индуцированные электрическим полем, определяются из выражений, полученные С. Торза.

2) среда однородна, несжимаема и изотропна;

3) теплофизические и электродинамические свойства постоянны;

4) пренебрежимо малы изменения температуры, обусловленные выделением тепла за счет диссипации энергии путем внутреннего трения;

5) течение ламинарно;

6) гравитационными силами пренебрегается;

7) полагается, что основная часть энергии поглощается водной фазой, сосредоточенной в глобулах воды.

Для замыкания системы уравнений (1) - (5) приняты следующие краевые условия:

В начальный момент времени жидкость покоится и имеет температуру Т0

Tt (г, 9,0) = Тг (г ,9,0) = Т0= const (6)

Граничные условия определяются с учетом кондуктивного теплообмен между каплей и окружающей средой.

. 57;(г„6>,<)_ , dT2(r0,9,t), dUr,0,t)_ Л дг дг

дТг(г, |,0 89

= 0

(?) (8)

тАг„е,о=т2(гв,е,ф ^ФЛО =0,

дг

Раздел 22. посвящен обоснованию выбора численной схемы решения. Для решения поставленной задачи выбран метод конечных разностей с использованием метода прогонки по неявной схеме. Раздел 2.3 посвящен анализу результатов вычислений.

В результате вычислений были определены температурные поля внутри эмульсионной капли и в окружающей жидкости,

На рис. 2. представлено поле радиальной и угловой составляющей скоростей и линии тока._

: h ■ о vl; «3L.

Рис. 2. Линии тока и поля скоростей течения жидкости в капле и окружающей жидкости при ЭМ нагреве (а) угловая составляющая скорости; (б) - радиальная составляющая _скорости._

Из рис. 2 видно, что жидкость внутри капли движется с образованием четырех вихрей, в окружающей среде жидкость движется симметрично - разнонаправлено. При этом максимальная

скорость течения жидкости как внутри капли, так и в окружающей жидкости наблюдается вблизи поверхности капли (красная область на рис. 2 а).

На рис.3, изображены температурные профили (©=0) при различных максимальных скоростях течения в различные моменты времени._

28 Т|С 28 ТС

26 24 22 20 4 а \ 26 24 22

» 5 10 15 Иг. а ,. 5 б 10 15 К/1,

28 тс 28 т:е

26 24 22 1 ! л ' Л ; 26 24 22 Л |\ IV

0 5 10 15 Иг. в 0 г. 5 Г 10 15 К/т,

Рис. 3. Температурные профили в капле и окружающей среде при различных значениях максимальной скорости (©=0) в моменты времени: а -1=0.1 сек., б -1=0.5 сек., в - сек., г -1=10 сек.: синяя пунктирная линия - и,шх=0 м/с, ишах=10~б м/с и итах=10"4 м/с; красная линия - итах=10~2 м/с; г0 - безразмерный радиус капли

Расчеты показали, что при ишах=0 м/с, ишах=10~б м/с, итах=]()"4 м/с профили распределения температуры накладываются друг на друга, т.е. процесс нагрева носит равномерный характер и одинаков внутри капли и в окружающей жидкости. Начиная со значений макс ск-ти итах=10~ м/с картина температурных профилей меняется: вследствие интенсивного течения, индуцированного электрическим полем, наблюдается неравномерный нагрев капли преимущественно

вдоль оси z, при этом температура внутри капли ниже, чем в случаях с более низкими значениями Umax. Учитывая, что Uraax зависит от частоты ЭМ поля (обратно пропорциональна квадрату частоты), можно сделать вывод, что при электромагнитном воздействии в низкочастотном диапазоне скорость конвективного течения, индуцированного электрическим полем, существенно влияет на характер распределения температурного поля. При более высоких частотах (мега- и гигагерцового диапазонов) влиянием ЭМ поля на интенсивность конвективных течений, индуцированных электрическим полем, можно пренебречь.

В третьей главе излагаются результаты математического моделирования нагрева эмульсионной капли СВЧ ЭМ полем в поле силы тяжести с учетом конвективных течений внутри капли и в окружающей жидкости в наиболее общей постановке, включающей законы сохранения массы, энергии и импульса в виде системы уравнений тепловой конвекции в приближении Буссинеска.

Раздел 3.1 посвящен описанию математической модели и постановке краевой задачи. Решалась задача о тепловом движении жидкости внутри и вне капли радиуса г0 в поле сил тяжести (g) и электромагнитном поле (Е). Сферическая капля находится в центре цилиндрического сосуда высотой h и радиусом основания г( (рис. 4), ось Oz направлена вдоль вектора ускорения свободного падения и вектора напряженности электрического поля так, что ось Oz проходит через центр сферической капли.

е 5

Zj

г

v. ""Ч .У

Рис. 4. Схема расчетной области. Система уравнений тепловой конвекции в цилиндрической системе координат в аксиально-симметричной постановке:

дри \ а , Ч 5/ Ч др 1 д( ЗиЛ 3( 5и\ и (10)

ot r 8r dz 8z r 8r\ Br) dz\ dz) '

где p, с, A: - плотность, удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности среды, соответственно; ^ — коэффициент

динамическом вязкости жидкости; ц у — компоненты скорости теплового движения жидкости вдоль координат гиг, соответственно; р — давление; fr, /г — проекция объемных сил на оси координат; Г - температура; q - плотность распределенных источников тепла в среде; f(T) - функция, характеризующая изменение плотности жидкости от температуры; g - ускорение свободного падения.

В параграфе 3.2 приведены замыкающие соотношения к системе уравнений (10)-(13). Поверхностные силы представлены в виде объемных сил через формулу перехода:

Fsv=°kSsn>

где Fsv - объемные силы поверхностного натяжения, п — нормаль к поверхности, ст - коэффициент поверхностного натяжения, /с -кривизна поверхности, 8S - дельта-функция Дирака

Так как в нашем приближении капля не меняет форму, оставаясь сферичной, кривизна поверхности задавалась следующей формулой:

где К - радиус капли.

Для воды и окружающей жидкости уравнения состояния приняты в виде:

Р=Ро(1-Р(Т-То)),

где ро - плотность жидкости при температуре Т0; Р - коэффициент термического расширения жидкости для воды и окружающей жидкости, соответственно.

Полагается, что Вязкость воды не меняется, а для окружающей жидкости имеет переменное значение и определяется через эмпирическую формулу Вальтера:

трцоехрС-гСГ-То)) (И)

где t}q - начальное значение вязкости окружающей жидкости при температуре То, у - температурный коэффициент вязкости, Т0 -начальная температура, Т - текущее значение температуры.

Значение температурного коэффициента вязкости у в уравнении (14) зависит от состава нефти. Например, температурный коэффициент вязкости для низкопарафинистой нефти ниже чем для высокопарафинистой. Поэтому в данной задаче рассматриваются два случая, когда температурный коэффициент Y=0-04 1ЛС (для низкопарафинистых нефтей) и Y=0.08 1/К (для высокопарафинистых нефтей).

Система уравнений (10)-(13) решалась при следующих краевых условиях:

В начальный момент времени жидкости находятся в состоянии покоя и имеют температуру Т0:

T(r,z,t =0) = Т0, M,v(r,z,/ = 0) = 0,

емкость со всех сторон теплоизолирована:

57X0,Z,0 _0 dT(Rt.....,z,<)_Q> dT(r,Z^,t)_Q> dT(r,o,t)_Q

дг ' дг ' & &

на стенках емкости задаются условия прилипания, на стенке со стороны капли условие симметрии:

Ar-о=0' =0' "'vlz.o=°> «»^2.^=°.

В разделе 3.3.-3.5. расписан алгоритм решения задачи с использованием метода сквозного счета (метод VOF). Подробно описана процедура получения дискретных аналогов дифференциальных уравнений (10)-(13) с использованием метода контрольного объема. Проведен подробный разбор алгоритма SIMPLE, необходимый для расчета истинного поля давления.

В разделе 3.6. проведены тестовые задачи: течение изотермической жидкости в цилиндрическом канале; свободная конвекция; поступательное движение жидкой сферы. Анализ результатов тестовых задач показал хорошую сходимость методов.

В разделе 3.7. представлен анализ результатов и вычислений поставленной задачи. На рис.5 представлено распределения температуры в различные моменты времени в случае, когда

температурный коэффициент у=0.04 1/К, а мощность тепловых источников равна д=7.5 * 107Вт/м3. _

По результатам численных расчетов выделены три характерных этапа рассматриваемого процесса: 1) преимущественный нагрев капли с кондуктивным переносом тепла в окружающую среду и зарождение конвективных течений внутри капли (5 а); 2) возникновение интенсивных конвективных течений внутри капли и в окружающей жидкости, падение капли при существенном уменьшении вязкости окружающей жидкости (5 б, в); 3) выход на стационарное значение скорости падения капли,

Рис. 5. Температурное поле в капле и окружающей жидкости при СВЧ ЭМ нагреве при температурном коэффициенте равным У=0,04 1/К, мощность тепловых источников I О7 Вт/м3, в

моменты времени: а -1=5 сек., 6-1=15 сек., в -1=25 сек., г -1=35 сек.

преобладание конвективного переноса тепла в капле и окружающей жидкости (5 г).

Исследование динамики изменения температурного поля (рис. 5) показало, что вследствие возникновения интенсивного конвективного течения происходит неоднородный нагрев капли и окружающей жидкости. Интенсивнее всего нагревается область вблизи поверхности нижней полусферы капли, а также зона над верхней полусферой капли, что связано с характером возникающих конвективных течений. Возникающие конвективные течения внутри капли переносят тепло из ее центра к поверхности, причем в большей степени к поверхности нижней полусферы; восходящее конвективное течение уносит тепло из области под нижней полусферой капли в зону над верхней полусферой капли. Как известно, в реальных водонефтяных эмульсиях капля воды окружена бронирующей оболочкой, состоящей из полярных компонентов нефти, поэтому при таком неоднородном нагреве возможен локальный разрыв бронирующей оболочки, что приводит к образованию мелкодисперсной фазы.

На рис. 6 изображены профили температуры в вертикальном сечении, проходящем через центр капли при СВЧ ЭМ нагреве в случае, когда температурный коэффициент вязкости у=0-04 1/К, а мощность тепловых источников равна ц=7.5*107Вт/м3.

Рис.6. Температурные профили в капле и окружающей жидкости при СВЧ ЭМ нагреве при Я=7.5*107Вт/м3, у=0.04 1/К: И=5 сек., 12=15 сек., 13=25 сек., 14=35 сек.

Анализ рис. 6 показывает, что с течением времени система «капля - окружающая жидкость» приходит в состояние термодинамического равновесия, при котором максимальная температура внутри капли не изменяется со временем.

Исследование изменения вязкости окружающей жидкости показало, что вблизи поверхности капли вязкость резко уменьшается уже в начальный период нагрева на один - два порядка в зависимости от мощности тепловых источников, что может привести к движению (оседанию) капли. При удалении от поверхности капли вязкость практически не изменяется. В зоне над верхним полюсом капли наблюдается обширная зона интенсивного уменьшения вязкости, что связано с активным притоком тепла в данную область.

Изучение влияния мощности электромагнитного поля и значение температурного коэффициента вязкости на движение капли показало, что чем выше температурный коэффициент вязкости окружающей жидкости, тем меньше значение мощности приложенного электромагнитного поля, необходимое для оседания капли. Однако диапазон изменения мощности тепловых источников, при котором капля совершает поступательное движение вниз, сужается с увеличением температурного коэффициента вязкости окружающей жидкости. Так, в случае у=0.04 1/К мощность тепловых источников находится в диапазоне от 7.5*107 Вт/м3 до 108 Вт/м3. При У=0.08 1/К мощность источников равна 5*107 Вт/м3. Это объясняется тем, что для того, чтобы капля могла двигаться, необходимо оптимальное соотношения двух сил: сила сопротивления жидкости, которая зависит от вязкости, и выталкивающая сила, которая зависит от интенсивности восходящего конвективного потока.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Сформулирована и численно решена задача об ЭМ нагреве одиночной эмульсионной капли в окружающей углеводородной жидкости с учетом конвективных течений жидкости, индуцированных электрическим полем. Показано, что с ростом частоты приложенного ЭМ поля влиянием индуцированных им конвективных течений жидкости на распределение температуры в рассматриваемой системе можно пренебречь.

2. Разработана математическая модель нагрева одиночной эмульсионной капли СВЧ ЭМ полем в поле силы тяжести с учетом тепловой конвекции и зависимости вязкости окружающей жидкости от температуры. Установлено, что возникающие конвективные структуры приводят к неоднородному нагреву капли,

преимущественно вблизи поверхности, что может привести к локальному разрывы бронирующей оболочки и образованию мелкодисперсной фазы, что подтверждают экспериментальные данные.

3. Выявлено, что вязкость окружающей жидкость вблизи поверхности капли резко уменьшается уже в начальный период нагрева на один - два порядка в зависимости от мощности тепловых источников, что может привести к движению капли. При удалении от поверхности капли вязкость практически не изменяется. В зоне над верхним полюсом капли наблюдается обширная зона интенсивного уменьшения вязкости, что связано с активным притоком тепла в данную область.

4. Обнаружено, что в рамках исходных параметров, характерных для естественных водонефтяных эмульсий, в зависимости от свойств дисперсионной среды существует оптимальный диапазон мощности тепловых источников, при котором происходит оседание дисперсной фазы. Так, оседание капли происходит при значении температурного коэффициента вязкости Y=0.04 1/К (что характерно, например, для низкопарафинистых нефтей) в диапазоне мощности тепловых источников от 7.5* 10 Вт/м до 108 Вт/м3. При Y=0.08 1/К (что характерно для нефтей с большим содержанием температуры) диапазон мощности источников сужается до величины, близкой к 5*10 Вт/м .

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, входящих в перечень ВАК РФ:

1. Фатхуллина Ю.И., Мусин A.A., Зиннатуллин P.P., Ковалева Л.А., Ахатов И.Ш. Численное моделирование сверхвысокочастотного электромагнитного нагрева эмульсионной капли // Вестник Башкирского государственного университета том 17 №4, Уфа - 2012, С. 1666-1670.

2. Зиннатуллин P.P., Фатхуллина Ю.И. Обезвоживание высокоустойчивых водонефтяных эмульсий электромагнитными полями высокочастотного и свервысокочастотного диапазонов // Научно-технический журнал «Технологии нефти и газа» № 1 (78), Москва-2012, С. 24-29.

3. Зиннатуллин P.P., Фатхуллина Ю.И., Камалтдинов И.М. О возможности использования ВЧ и СВЧ электромагнитных полей для

эффективной переработки нефтешламовых эмульсий // Журнал «Нефть и газ» № 1, Тюмень - 2012, С. 102-108.

4. Kovaleva L.A., Zinnatullin R.R., Zamula Y.S., Akhatov I.S. Musin A.A, FatkhullinaYu.I. Numerical study of emulsion droplet in electromagnetic field // Proceedings of ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress & Exposition IMECE2012-86140

Свидетельства:

5. Ковалева JI.А., Мусин A.A., Фатхуллина Ю.И. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012660887 от 10.12.2012. на программный инструмент для математического моделирования сверхвысокочастотного нагрева эмульсионной капли.

В других изданиях:

6. Ковалева Л.А., Минниналимов Р.зР., Зиннатуллин P.P., Фатхуллина Ю.И. Исследование разрушения водонефтяных эмульсий в электромагнитном поле ВЧ и СВЧ диапазонов // Тезисы докладов Российской конференции «Многофазные системы: природа, человек, общество, технологии», Уфа-2010, - С. 107-108.

7. Ковалева Л.А., Миннигалимов Р.З., Зиннатуллин P.P., Фатхуллина Ю.И., Идрисова Г.Р. Воздействие электромагнитными полями на водонефтяные эмульсии // Материалы П Международной конференции «Наноявления при разработки месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям», Москва — 2010. — С.372-377.

8. Фатхуллина Ю.И. Численное исследование влияния СВЧ поля на водонефтяные эмульсии // Материалы семнадцатой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург - 2011. — С.683-684.

9. Фатхуллина Ю.И. Математическое моделирование влияния СВЧ поля на водонефтяные эмульсии // Материалы всероссийской молодежной научной конференции «Мавлютовские чтения», Уфа -2011. —С.122-123.

10. Ковалева Л.А., Зиннатуллин P.P., Мусин A.A., Фатхуллина Ю.И. Применение ВЧ и СВЧ электромагнитных полей при переработке и утилизации нефтяных шламов // Тезисы докладов всероссийской конференции с международным участием «Фундаментальные проблемы разработки месторождений нефти и газа», Москва - 2011. - С. 121-122.

11. Фатхуллина Ю.И., Мусин A.A., Зиннатуллин P.P., Ковалева JI.A., Ахатов И.Ш. Численное моделирование сверхвысокочастотного электромагнитного нагрева эмульсионной капли // Межвузовский научный сборник «Физико-химическая гидродинамика», посвященный 80 - летаю со дня рождения профессора Халикова Г.А., Уфа - 2011, С. 130-138.

12. Ковалева JI.A., Зиннатуллин P.P., Мусин A.A., Фатхуллина Ю.И. Применение ВЧ и СВЧ электромагнитных полей при подготовке нефти и переработке нефтяных шламов // Электронный научный журнал «Георесурсы. Геоэнергетика. Геополитика» том 5, Москва -2011, oilgasjoumal.ru/vol_5/kovaleva.html

13. Ковалева JI.A., Фатхуллина Ю.И., Мусин A.A., Зиннатуллин P.P., Благочинов В.Н., Ахатов И.Ш. Применение СВЧ и ВЧ излучения для деэмульсации нефти // Сборник статей международной научно-технической конференции «ГЕОПЕТРОЛЬ 2012» на тему : «Современные технологии освоения месторождений углеводородов на суше и море», Закопане - 17-20 сентября 2012, С.887-890.

14. Ковалева JI. А., Зиннатуллин Р. Р., Благочинное В.Н., Мусин А. А., Фатхуллина Ю. И., Замула Ю.С. Разрушение водонефтяных эмульсий электромагнитным излучением в динамическом режиме. // Труды Института механики им. Р. Р. Мавлютова Уфимского научного центра РАН. Вып. 9. /Материалы V Российской конференции с международным участием «Многофазные системы: теория и приложения», посвященной 20-летию со дня основания Института механики им. Р. Р. Мавлютова УНЦ РАН (Уфа, 2-5 июля 2012). Часть I. — Уфа: Нефтегазовое дело, 2012. — С. 110115.

15. Мусин A.A., Фатхуллина Ю.И. Тепловая конвекция в капле водонефтяной эмульсии в процессе ВЧ и СВЧ нагрева. // Сборник трудов Международной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. С. 160-163.

16. Ковалева JI.A., Зиннатуллин P.P., Мусин A.A., Благочинов В.Н., Фатхуллина Ю.И. Разрушение микро- и наноструктуры водонефтяных эмульсий ВЧ и СВЧ электромагнитным излучением // Материалы III Международной конференции «Наноявления при разработки месторождений углеводородного сырья: от

ч

наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям», Москва - 2012 -С.349-355.

17. Musin A., Kovaleva L., Fatkhullina Y„ Akhatov I. Modelling of water-in-oil emulsion destruction under MW radiation // 14* international conference on Petroleum phase behavior and fouling Rueil-Malmaison, France - 10-13 June 2013 - PD 13.

18. Fatkhullina Y., Musin A., Kovaleva L., Akhatov I Mathematical Modeling of Microwave Impact on a Water-in-Oil Emulsion Droplet Using Navier-Stokes Equations// Abstracts of 15th International Conference "Petroleum Phase Behavior and Fouling", Galveston Texas USA, June 8-12, 2014. 1 p.

ФАТХУЛЛИНА Юлия Ильдаровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СВЧ ПОЛЯ НА ОДИНОЧНУЮ КАПЛЮ В ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ПОЛЕ СИЛ ТЯЖЕСТИ

Специальность 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Лицензия на издательскую деятельность ЛР№ 021319 от 05.01.99 г.

Подписано в печать 29.10.2014 г. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,15. Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ 485.

Редакционно-издательский центр Башкирского государственного университета 450074, РБ, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32. ■

Отпечатано на множительном участке Башкирского государственного университета

450074, РБ, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.