Некоторые аспекты взаимодействия электромагнитных полей с поляризующимися средами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

на правах рукописи

ГАЛИМБЕКОВ АЙРАТ ДАМИРОВИЧ

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ С ПОЛЯРИЗУЮЩИМИСЯ СРЕДАМИ

01 04 14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Уфа-2007

003174217

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Башкирский государственный университет»

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Ковалева Лиана Ароновна

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор

Лежнин Сергей Иванович

Защита диссертации состоится 1 ноября 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 013 04 в Башкирском государственном университете по адресу 450057, г Уфа, ул Фрунзе, 32, физический факультет, ауд 216

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета

Автореферат разослан « Я » 2007 г

доктор физико-математических наук, профессор Усманов Салават Мударисович

доктор физико-математических наук, профессор Мигранов Наиль Галиханович

Ведущая организация

Институт механики МГУ им МВ Ломоносова

Ученый секретарь диссертационного совета д ф -м н, профессор

Л

Шарафутдинов Р Ф

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последние годы возрос научный интерес к проблемам взаимодействия электромагнитных полей с веществом, причем, особый интерес представляет исследование воздействия на различные среды мощных высокочастотных и сверхвысокочастотных электромагнитных полей (ВЧ и СВЧ ЭМП) Этот интерес обусловлен перспективностью применения электромагнитного воздействия в наукоемких отраслях производства в целях интенсификации технологических и физико-химических процессов и управления ими путем непосредственного воздействия на рабочую среду ВЧ и СВЧ технологические процессы получили широкое применение и распространение в различных областях промышленности химической, в машиностроении, пищевой, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, медицинской и др Примерами таких применений электрических и магнитных полей являются технологии разделения составляющих неоднородной среды, а также разнообразные применения ВЧ и СВЧ ЭМП в технологических процессах нагрева и термообработки, сушки, размораживания и т. д

В отличие от существующих методов воздействия на сплошную среду, ВЧ и СВЧ ЭМ воздействие обладает рядом преимуществ Так, во-первых, электромагнитные волны распространяются до полного затухания на достаточно большие расстояния вглубь объекта воздействия, и речь может идти о различных электрогидродинамических явлениях и управлении ими в глубинах рабочей среды Во-вторых, при воздействии на материальные среды ВЧ и СВЧ ЭМП в среде за счет диссипации энергии электромагнитного поля в тепло возникают распределенные источники тепла Значение плотности тепловых источников определяется видом (геометрией) распространяющейся в среде электромагнитной волны и диэлектрическими свойствами среды Таким образом, при заданной геометрии волн для данной среды, изменяя частоту ВЧ и

СВЧ ЭМП, возможно осуществление управляемых процессов взаимодействия ЭМП со средой (например, нагрев на заданную глубину)

Кроме того, известно, что воздействие ВЧ и СВЧ ЭМП, в отличие от квазистационарных ЭМП, обладает характерными особенностями

1 Период изменения ВЧ и СВЧ ЭМП обычно намного меньше характерного времени задачи

2 Частоты ВЧ и СВЧ ЭМП не ограничены условием малости по сравнению с частотами, характерными для установления электрической и магнитной поляризации, то есть, когда имеет место дисперсия диэлектрической и магнитной проницаемостей

3 Из-за дисперсии, электромагнитная часть тензора напряжений является несимметричной и поэтому необходимо учитьюать дополнительную -вращательную степень свободы. Учет вращательных степеней свободы связан с радикальным видоизменением и обобщением уравнений гидродинамики, так как момент импульса единицы объема реальной жидкости не сводится, вообще говоря, к одному лишь «внешнему» (или, как его часто называют механическому) моменту импульса, связанному с трансляционным движением, но и содержит еще и внутренний момент импульса, обусловленный собственным вращением частиц - носителей скрытого вращения, в качестве которых могут выступать сами молекулы среды или посторонние включения

Таким образом, воздействие ВЧ и СВЧ ЭМП на сплошные среды качественно отличается от воздействия квазистационарных ЭМП и требует принципиально нового подхода к исследованию данных систем

Вопросы, эффекты и особенности взаимодействия ВЧ и СВЧ ЭМП с различного рода средами составляют новое научное направление -высокочастотную электромагнитную гидродинамику (ВЧ ЭМГД) Ее теоретическая база основана на взаимосвязанной системе уравнений электродинамики, термодинамики и гидродинамики Несмотря на разнообразные применения воздействия ВЧ и СВЧ ЭМП, теория этого вопроса применительно к рабочим средам, которые на практике в большинстве случаев

представляют собой многофазную, многокомпонентную среду остается малоизученной

Целью данной диссертации явилось

Развитие нового направления исследований - высокочастотной электромагнитной гидродинамики (ВЧ ЭМГД) для поляризующихся дисперсных систем с учетом химических реакций, поверхностных явлений и адсорбционных процессов в пористой среде

Задачи исследований

1 Построение теории, анализ и обоснование системы уравнений, описывающих термо- и гидродинамические явления в многокомпонентных поляризующихся системах при воздействии ВЧ ЭМП с учетом химических реакций

2 Использование построенной теории для исследования влияния ВЧ ЭМП на процессы фильтрации многокомпонентных взаиморастворимых углеводородов с учетом адсорбционных процессов

3 Теоретическое исследование влияния электромагнитных полей на поверхностное натяжение полярных жидкостей

4 Изучение влияния ВЧ ЭМП на реологию дисперсных систем (разбавленных суспензий)

Научная новизна

1 Построена феноменологическая теория и получена система уравнений, описывающих термо- и гидродинамические явления в многокомпонентных поляризующихся системах при воздействии ВЧ ЭМП с учетом химических реакций

2 Получен обобщенный закон действующих масс Гульдберга и Вааге на случай воздействия на многокомпонентную среду ВЧ ЭМП и исследовано влияние поля на «константу» химического равновесия и на скорость химических реакций

3 Выводится и анализируется система уравнений, описывающая фильтрацию многокомпонентной среды при воздействии ВЧ ЭМП с учетом

адсорбционных процессов (в том числе обобщенный закон Генри на случай воздействия на среду ВЧ ЭМП), и рассмотрена задача фильтрации углеводородной смеси в однородном ВЧ ЭМП с учетом конвективно-диффузионных и адсорбционно-десорбционных процессов

4 Обнаружен эффект анизотропии коэффициента поверхностного натяжения относительно ориентации вектора напряженности электрического поля к поверхности жидкости

5 Получены выражения для эффективной сдвиговой вязкости суспензий для случая малых и произвольных ВЧ ЭМП

Практическая ценность работы

Термогидродинамические и физико-химические эффекты, исследованные в работе, могут быть использованы в целях управления различными технологическими процессами с применением энергии ВЧ и СВЧ ЭМП Полученные результаты позволяют учитывать особенности взаимодействия «поле-вещество», в частности, в нефтехимической промышленности, в процессах добычи и переработки углеводородного сырья

В работе защищаются следующие положения

1 Система уравнений, описывающая термо- и гидродинамические эффекты в многокомпонентных системах с химическими реакциями при воздействии на них ВЧ ЭМП

2. Эффекты влияния ВЧ ЭМП на прямые процессы диффузии, теплопроводности и перекрестные эффекты Соре, Дюфура, а также влияние ВЧ ЭМП на «константу» химического равновесия (выражение для обобщенного закона действующих масс Гульдберга и Вааге для случая воздействия ВЧ ЭМП на многокомпонентную среду) и на скорость химических реакций

3 Система уравнений, описывающая фильтрацию многокомпонентной среды при воздействии ВЧ ЭМП с учетом адсорбционных процессов

4 Эффекты влияние ВЧ ЭМП на адсорбционные процессы при фильтрации многокомпонентных сред в пористой среде

5 Явление анизотропии коэффициента поверхностного натяжения полярной жидкости относительно ориентации вектора напряженности электрического поля к поверхности жидкости

6 Эффекты влияния ВЧ ЭМП на эффективную вязкость разбавленной суспензии

Апробация работы Результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкости» (Петродворец, 1998), Региональной конференции «Резонансные и нелинейные явления в конденсированных средах» (Уфа, 1999), XXIV Школе семинаре по проблемам механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа (Уфа, 2001), VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Пермь, 2001), XXV Школе семинаре по проблемам механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа (Уфа, 2001), на семинаре в институте механики МГУ под руководством д ф -м н , проф В В Гогосова, 2001), XXVI Школе семинаре по проблемам механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа (г Уфа, 2002), 13-ой Зимней школе семинаре по механике сплошных сред (Пермь, 2003), Международной конференции в Испании с докладом «Impact of a high-frequency electromagnetic field upon multicomponent systems chemical reaction» (First International Meeting on Applied Physics - October, 2003, Badajoz, Spam), Международной конференции в Словакии с докладом «Thermodynamical Basis of a Radio - Frequency Electromagnetic Field Impact on Multicomponent Petroleum Fluids» (17-th European Conference on Thermophysical Properties - September, 2005, Bratislava), 14-ой Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, 2005), Международной Уфимской зимней школе-конференции по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2005), Всероссийской конференции «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности» (Москва, 2007), Российской конференции «Механика и химическая физика сплошных сред» (Бирск, 2007)

Публикации По материалам диссертации автором опубликовано 32 печатные работы, в том числе 1 монография и 7 статей в центральных изданиях, рекомендованные ВАК РФ

Объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы Работа изложена на 208 страницах машинописного текста, включая 17 рисунков, библиография из 170 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации сформулирована цель и задачи исследований, отмечена научная новизна полученных результатов, перечислены основные положения, выносимые на защиту, и дается краткое содержание работы

В первой главе приводится аналитический обзор теоретических и экспериментальных работ по исследуемой в диссертации тематике

Во второй главе на основе методов неравновесной термодинамики необратимых процессов последовательно излагается феноменологическая теория, описывающая физико-химические процессы в многокомпонентных средах при высокочастотном электромагнитном воздействии

При построении феноменологической теории были приняты следующие предположения и упрощения

1 Среда представляется гомогенной многокомпонентной смесью, состоящей из п компонентов

2 Компоненты не содержат объемных электрических зарядов, не электропроводны, и на систему не действуют внешние объемные силы

3 Температуры компонентов равны Тх=Тг= =Тп-Т

4 В каждой точке континуума происходит Я химических превращений согласно стехиометрическим уравнениям

0=1,2, д),

Аг=1 к=г+1

где Мк- молярная масса к-ого компонента, v'k¡ - стехиометрический коэффициент к-ого компонента в ^ой химической реакции

5 Рассматриваемая п-компонентная гомогенная изотропная система подчиняется следующим уравнениям состояния

5 = е0£(о),с1,с2, ,сп,р,Т)Ё, В = ¿20р(а>,с],с2, ,с„,р,Т)Й,

где Ь, В - соответственно вектора электрической и магнитной индукции, е0, р0 - электрическая и магнитная постоянные, е и ¡л- диэлектрическая и магнитная проницаемости, которые являются комплексными величинами, зависящими от круговой частоты ВЧ ЭМП <у, массовых концентраций компонентов ск (к=1,2, , п), общей плотности системы р, температуры среды Т

е — е\ю,с1, ,с„,р,Т)-1е"(<х>,сх, ,сп,р,Т), ц = р'{а>, с,, , сп ,р,Т) - ¡м"(б),с1, ,сп ,рХ),

где е', ц' и с\ /л" - соответственно действительные и мнимые части

диэлектрической и магнитной проницаемости, г - мнимая единица

Применяя методы неравновесной термодинамики необратимых

процессов, получена полная система термо- и гидродинамических уравнений

для поляризующихся и намагничивающихся многокомпонентных сред в ВЧ

ЭМП с учетом химических реакций

Уравнение неразрывности

Л

п

где р = ^Рк " общая плотность системы, рк- плотность к-ого компонента, *=1

и = —^рк0к = ~ скорость центра масс системы, 5к- скорость к-ого

Р *=1

компонента системы, ск=рк/р - массовая концентрация к-ого компонента, причем массовые концентрации компонентов связаны выражением ¿с* =1 Уравнение баланса массы с учетом диффузии компонентов

ш ^

здесь 7,. = рк(йк - о) - диффузионный поток к-ого компонента, причем

диффузионные потоки компонентов связаны выражением = 0, ук1 -

новые введенные стехиометрические коэффициенты, связанные с обычными стехиометрическими коэффицентами уск}, используемых в химии

к=г И

-скорость J-oи химическои реакции на единицу массы у», = -—-; - степень

полноты J-oй химической реакции Уравнение баланса импульса

"а

= -V+ т/Д о + ^ ^ + ^ у(у и)+ т/гУх {2<»0 - У х б)+

где рт - давление, возникающее без учета воздействия ВЧ ЭМП, V -оператор

2

Гамильтона, д -оператор Лапласса, т} - сдвиговая вязкость, ¿¡ = г1У-—т; - вторая

вязкость, г]у - объемная вязкость, г}г - вращательная вязкость, 50-угловая скорость внутреннего вращения, которая относится к внутреннему вращению выбранного элемента массы континуума, (у,иу)" =^-(У,оу+Ууц), 7™ пондеромоторная сила

4 да да

+ -гейе"(Ё' ЧЁ-Ё VË*)+-I^^0^1''(я• УЯ-Я УЯ') 8 2

4 ф от да>

Уравнение баланса для «внутреннего» момента количества движения

- 2г;г (250 - V х и)-^1£0£"(Е х Ё')- х Я*)

Здесь 0 - макроскопическое среднее внутренних моментов инерции частиц, образующих единицу массы континуума, и, и у2 - коэффициенты объемной и сдвиговой вращательной вязкости

Уравнение для изменения энтальпии многокомпонентной среды

М)

да

4 р

£О(Е Е')-+ Я")-ав_

дсь

, „ д(е-а>—~) ьл 4 р й дск

1 . Э^-Л

4 рИ("Ь дак

4 Рыу

де

£о(Ё Е')-

дг{Е'-о)~)

дскдТ

+ Н')-

дсЖ

V Т-

4р

е0(Е Е')-

Э(е' - а>

да

дсь

+ М» Я')

_доз

дс^

+

+ &>- + -<ое0е\Ё Ё') + -а>ц0ц\Н Й') + Ф,

гй 2 2

где Срк - удельная теплоемкость при постоянном давлении к -ого компонента, Кк ~ часть энтальпии к -ого компонента, не зависящая от ВЧ ЭМ воздействия, 3 - плотность потока тепла, Ф -функция вязкой диссипации

Уравнение для скорости^ой химической реакции

дск дао

п

Здесь А] = ' химическое сродство, цк = рцк - химический потенциал

к-ого компонента на единицу объема

А = + Я*)),

4 гс,. от дск осо

¡итк- часть химического потенциала к-ого компонента на единицу объема, не зависящая от ВЧ ЭМ воздействия, цк - химический потенциал к-ого компонента на единицу массы, А1т - часть химического сродства на единицу объема >ой химической реакции, не зависящая от ВЧ ЭМ воздействия, -кинетический коэффициент

Уравнение для к-ого диффузионного потока

Л = -рфп + У*Т - р±-р(Врк + Ов/)Ур„ -

-рОЕкУ(Ё Ё')-рО?Ч(.Й Я*)),

где Втк - коэффициент термодиффузии, вклад которого характеризует эффект

" 1 £ Соре Оп = ^ 1к:(—■¡{ик-(Ь1т щ=~, А, -щ - энергия переноса массы,

1-1 рТ

Ьл, - кинетические коэффициенты, £>® * - коэффициент, характеризующий вклад в термодиффузию ВЧ ЭМП

0,3 - коэффициент диффузии Вщ - -у £ Ьи ^, />я

коэффициент

бародиффузии О - Е

рТЦ дрт

вклад ВЧ ЭМП в бародиффузию 1

, ВЕ/ - коэффициент, характеризующий

Вен = ——У!

д

Ф»

"¿Г-Н'-*)*

Д®, - коэффициенты, характеризующие вклад ВЧ ЭМП в диффузионные потоки, связанные с неоднородностью ЭМ поля

1

£>? = -

В" =

АргТ 1

(=1

¿¿ь/'о

д дсп дс,) де') со- да )

' В дсп дс,) 8// О)- да

Выражение для плотности потока тепла

У, = + х^учт-^о^с, -(¿V + £>£"-

м

~ВЕУ(Ё Я')-£>|У(# Н'\

1 п

где Я-коэффициент теплопроводности Л =—¡(^„-^^ХН^-И^)),

т „!

-кинетический коэффициент, ЯЕ " - коэффициент, характеризующий вклад в теплопроводность ВЧ ЭМП

1

XЕ-"

э___а

дс. дс.

2Х, ксе ¿1--—.^.¡¿•-0^-1+

да')

>— И дсо)

-Т

да ) дц'

О^ -коэффициент диффузионного переноса тепла, характеризующий появление потока тепла при наличии градиентов концентраций (эффект Дюфура)

п -IV/- др?,»,->?„„,) ¿)ф -коэффициент, характеризующий бародиффузионный перенос тепла

Ты дрт

коэффициент, характеризующий вклад ВЧ ЭМП в бародиффузионный перенос тепла

I А-

4Г^Г " Зр„

Од, О" - коэффициенты, характеризующие вклад ВЧ ЭМП в тепловой поток, связанные с неоднородностью ЭМ поля

Г.Я 1 V1 г ( д д V ' 8е'

К этим уравнениям необходимо добавить уравнения Максвелла, которые для рассматриваемой модели многокомпонентной среды записаны в виде

= , го1Н = —, ЖуЗ = 0, <Лу В = О

а/ а/

При изучении влияния ВЧ ЭМП на химические реакции в многокомпонентной среде рассмотрен случай, когда в и-компонентной среде происходит только одна химическая реакция, причем компоненты с к=1, 2, , г являются реагентами, а компоненты с к=г+1, г+2, , п - продуктами химической

реакции На многокомпонентную систему воздействует однородное ВЧ ЭМП вида Ё = Ё0 ехр(ш), Й = Н0 ехр(га)/), со свойствами

Для рассмотренного случая однородного ВЧ ЭМП получен закон действующих масс Гульдберга и Вааге, обобщенный на случай ВЧ ЭМ воздействия

П = А" = Кт ехр

1 г /

АрЯТ V V

д . , де\ е0—(е - со—) ос,, до)

дск 6со

Я

0)

где А'к = пк / и - мольные доли компонентов, пк=тк/Мк - число молей компонента к, тк - масса компонента к, мк - молярная масса компонента к,

п

п = ~£пк - общее число молей компонентов, ^„-константа химического

¿=1

равновесия, не зависящая от ВЧ ЭМ воздействия

С другой стороны, из определения константы химического равновесия.

кЛ-= ехр[- {Е'Л - Е"Л)1КТ}, кг къС&гЩВТ)

(2)

где к, = кю ехр(- Е'л/ЯТ) - скорость прямой реакции, кг=к20ехр(-Е"А/ИТ) -

к

скоросг ь обратной реакции, К0 = к№, к20 - предэкспоненциальные

множители; Е'л и Е"л - энергии активации прямой и обратной химических реакций при ВЧ ЭМ воздействии, я- универсальная газовая постоянная Из сопоставлеия выражений (1) и (2) для энергий активации прямой и обратной химических реакций в ВЧ ЭМП получено 1

Ар

Ар

¿=1

8 , , де „

8с, д"

-О'-®—)

8ч>

г-1 , д , : \

дск доз

„2 8 . , ди\ 8с,, дев

Нк

(3)

(4)

где Е'л, и - энергии активации прямой и обратной химических реакций, не зависящие от воздействия ВЧ ЭМП

Из анализа полученных выражений (1)-(4) следует, что существует два механизма влияния ВЧ ЭМП на «константу» химического равновесия

1) Тепловой механизм воздействия При поглощении ВЧ ЭМ энергии веществом за счет диэлектрических и магнитных потерь, происходит объемный прогрев реакционной системы, при этом «константа» химического равновесия может и возрастать и уменьшаться в зависимости от того, скорость какой реакции растет с температурой Если скорость прямой реакции сильнее зависит от температуры (ее энергия активации больше, чем для обратной Е'л > Е"л), то прямой процесс эндотермичен и «константа» химического равновесия возрастает с температурой Если же энергия активации обратной реакции выше Е'Л<Е"Л, то прямой процесс экзотермичен и константа химического равновесия с ростом температуры уменьшается

2) Нетепловой «электромагнитный» механизм воздействия ВЧ ЭМП Влияние ВЧ ЭМП, обусловленное разностью электромагнитных составляющих энергий активаций прямой и обратной химических реакций Действительно, выражение (2) с учетом (3)-(4) можно записать в виде

К = К0 ехр(- {(Е'Ат -Е"а„) + ДЕ?)/Ят),

г

где д£7 =

4 р

д . , де\ ос,. да>

д , , д/и\ + <«оТ—(М -а-Г*) оск да>

- величина

определяемая разностью электромагнитных составляющих энергии активации прямой и обратной химических реакций и зависящая от интенсивности ВЧ ЭМП (напряженностей Ёа и Н0) В случае, когда > 0, с увеличением интенсивности ВЧ ЭМП «константа» химического равновесия уменьшается, а в случае ДЕ™ < 0 - увеличивается

С другой стороны, ВЧ ЭМП влияет на скорость протекания химических реакций Действительно, для отдельно взятой химической реакции выражение для скорости химической реакции запишется в виде

Т

Рассмотрим химическую реакцию вблизи состояния химического равновесия Тогда химическое сродство можно разложить в ряд в окрестности равновесной точки 40

1 д2А

ЯЛ

Л(£) = Л(£„) + —

о?

2д£2

(<?"<?о)2 + ,

где первый член разложения равен нулю Л(£0) = 0, и учтем, что близость системы к равновесию позволяет ограничиться двумя членами разложения при окончательной записи Тогда получим.

К=±1«-дА

де

Далее, учитывая условие АЛ^ <0. которое выражает собой критерий

устойчивости, имеем

дА

< 0 или

д_А

ч

<0

Запишем последнее выражение в виде ^ =-(А,+/?"■)(<?

где /? = /?я+/?""-скорость химической реакции, причем, согласно критерию устойчивости всегда, /3 > 0,

= Рт -скорость химической реакции без учета воздействия

Д

Т

ВЧ ЭМП, /?"' -составляющая скорости химической реакции, обусловленная ВЧ ЭМ воздействием

дс,

да>

■)(Е Е ) +

дс.

^Щф Н')

Анализ последнего выражения показывает, что ВЧ ЭМП влияет на скорость химических реакций так, что когда рш > 0 скорость химической реакции ускоряется, если р'т < 0 скорость химической реакции замедляется

В третьей главе построенная теория для многокомпонентных сред в ВЧ ЭМП была уточнена для материалов нефтяной технологии и обобщена на случай фильтрации многокомпонентных взаиморастворимых углеводородов в ВЧ ЭМП с учетом процессов адсорбции

Получено уравнение кинетики сорбции для примеси, адсорбирующейся на поверхности пор, при этом рассматривается адсорбция Генри Примесь содержится в одном из компонентов, который рассматривается как раствор Если рассматривать адсорбцию как разновидность химической реакции, то уравнение действующих масс Гульдберга-Вааге (1)-(2) и выражения для энергий активаций (3)-(4) можно записать в виде

N.

■К,

(5)

К - К„ ехр( - (Е'л- К"а )/ИТ),

4 р I да

(е'-1в—)

/г» V» о. еоЕ>м

4 р

д , , де\

-(« -со—)

5с„. доз

Здесь N

мольная доля адсорбата — примеси, адсорбирующейся на

поверхности пор, пад = — ¡рас/У - число молей адсорбата в выделенном объеме

Л/ у

среды, р - общая плотность среды, - масса адсорбата в выделенном

V

объеме среды, а-массовая концентрация адсорбата, М -молярная масса

примеси, Ыа = -

я0+я„

- равновесная мольная доля примеси, растворенной в

растворе, и0 =—■ $ртспр0с1У- равновесное число молей примеси в растворе в

выделенном объеме среды, т -пористость скелета с 0 - равновесная массовая концентрация примеси в растворе, К- «константа» адсорбционного равновесия Таким образом, уравнение (5) можно переписать в виде

К-

прО

ипр О

= К~1т~*а = ау 1 = ауехр

в 1 1

(6)

где

тс

у = Кт = К0техр(-(Е'Л - Е")/ЯТ) = Кг,техр((2/ КГ) - коэффициент Генри,

уа - К0техр«2/ЯТ0 ) - значение коэффициента Генри при Т = Т„, <2 = <2„+()'т -теплота адсорбции, б™ = Е",„ - Е'л„ > О - теплота адсорбции без учета воздействия ВЧ ЭМП,

4 р

д . , де'.

-(Е'-со-)

дс„„ 8а>

д . , д£\

--(е - со-)

да да»

электромагнитная часть

теплоты адсорбции

С другой стороны, учитывая близость системы к состоянию адсорбционного равновесия, для скорости изменения массы адсорбата в выделенном объеме пористой среды имеем

\padV = р \{трспр-трс^У,

где Р = Р„+Р'т - скорость адсорбции, рт - скорость адсорбции, не зависящая от ВЧ ЭМП, рет - скорость адсорбции, зависящая от ВЧ ЭМ воздействия

С учетом выражения (6), получаем уравнение кинетики сорбции в виде

дра

~дГ'

■тр(Рт+Р"")

спР-аГо ехр|

(а.+е-чн 1

Г Г„

й

(7)

Для количественной оценки влияния ВЧ ЭМП на адсорбционные процессы рассмотрена задача смешивающегося вытеснения нефти растворителем в пористой среде конечной длины ь, в однородном ВЧ ЭМП Поставленная задача сформулирована из следующих соображений

1) Адсорбция считается малой настолько, что не влияет на пористость т и на массовые концентрации компонентов Тогда, пренебрегая бародиффузией, уравнение для массовых концентраций компонентов записывается в виде (задача считается одномерной)

здесь 1 = 1,2 - индексы компонентов соответственно для растворителя и нефти, О - коэффициент диффузии, аТ - параметр термодиффузии, а" -параметр термодиффузии электромагнитного происхождения, м> - скорость фильтрации

2) Из-за малости адсорбция не учитывается в уравнении теплопроводности

. дТ д(.дТ\ _ дТ ,оч

Здесь Ср„,р„ - коэффициенты удельной теплоемкости и плотности насыщенной пористой среды рпСрп={\~т)аск + т(а1+аг), аск,аьа2 соответственно объемная теплоемкость скелета пористой среды, растворителя и нефти, СрГ>Ру ~ соответственно удельная теплоемкость и плотность смеси

компонентов Сг/р{ = (а, + а2), А-теплопроводность насыщенной пористой среды Л - (1 - + т(с,\ +с,Л,) , , Л1, Л2 - соответственно теплопроводность скелета пористой среды, растворителя и нефти, д - источники тепла, обусловленные диссипацией ЭМ энергии из-за диэлектрических потерь в среде

д =—ае0е',/8$,/\Щг, = - круговая частота ЭМ поля, /- частота ВЧ ЭМП

поля, е'€/, ¡'¿Зг[ - эффективные относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь насыщенной пористой среды

3) Рассматривается случай, когда адсорбирующаяся примесь (для нефти это, как правило, асфальтено-смолистые вещества (АСВ)) равномерно распределена во 2-ом компоненте (нефти)

Рщ =Ч>Рг ИЛИ па = <р0Я2, (10)

где <р0 - массовая доля АСВ в нефти, рпр - плотность примеси, спр - массовая концентрация примеси; с2 - массовая концентрация 2-ого компонента (нефти) в двухкомпонентной среде

4) Скорость фильтрации -ю определяется из закона Дарси

* = (И)

Г]г ск

где к -проницаемость, т;/ -вязкость смеси, определяемая выражением

1п^/ = с11п?7л+сг1п7/г, (12)

т]п, г]/2 -вязкости компонентов (растворителя и нефти), зависящие от температуры цг, = цгы ехр(-/(ДГ), г = 1,2, ЛТ - Т - Т0 , Т0 - первоначальная температуры среды, ц - вязкости компонентов при Т=Т0 , у1 -температурный коэффициент

5) Распределение давления Р определяется из уравнения пьезопроводности

дР к

— -----.----,, (13)

дг трг+р,ас\рг дх.)

где рпр, - коэффициенты сжимаемости соответственно смеси компонентов и

скелета породы

6) Предполагается, что в начальный момент времени нефть занимает все пространство с2(х,0) = 1, поэтому п„, (х.О) = <р0И а{х,0) = <раг0

7) Начальные и граничные условия задачи приняты в виде

Р(х,0)=Р0, Т(х,0)=То, с, (х,0)=0. а(х,0)^<роП,

Рт=Рь, Т(0,1)=ТЬ с, (0,1)=1, (14)

Р(Ь,1)=Р0,

(к Зк

Система уравнений (7)-(14) решалась численно по неявной схеме Расчеты проводились при следующих параметрах Р„ = 0,1 МПа, Р„= 0,2 МПа, 7*в = 22 °С; Ть =22 °С, м=0,41, ¿=0,5 м,

Ь=2,9Л0 и м2; / = 81,36МГц; /3ГЮ'9 Па1; а№=2038000 Дж/(м3-К); Д=10шПа-

0=1,17-10"5 м2/с; 7/0,=1,73-10"3 Па-с;

7/ш=0,2 Па-с; ^=0,0128 К"

С„0=1894 Дж/(кг-К), р0 = 835,08 кг/м3 , Л0 = 0,119 Вт/(м-К); ^=0,042 К"

¿„=1,67 Вт/(м-К); 1^=0,125 Вт/(м-К);

«2=1912680 Дж/(м3-К);

ус = 5,049 Дж/(кг-К ); ур= 0,804 кг/(м3-К); Гг = 1,509-Ю'4 Вт/(м-К ) ; ¿'=3,426; #¿=0,0083, £=11,1 кВ/м, ат= 0,001 К~1, аЕт = 0,022 К~\ 0,5-Ю-с"';

Д™=0; е„=104Дж; 0™=оДж; = ОД; у0 = 0,05.

Таким образом; при постановке задачи учитываются не только адсорбционные эффекты при воздействии на систему ВЧ ЭМП, но и полученные во второй главе перекрестные эффекты переноса. На рисунках 1-5 приведены некоторые принципиальные результаты численного решения задачи.

На рис.1 приведены кривые распределения температуры в процессе вытеснения нефти растворителем при одновременном электромагнитном воздействии в различные моменты времени, которые имеют вполне обоснованный вид. А именно, по мере внедрения в нагреваемую в результате ВЧ ЭМ воздействия пористую среду холодного растворителя градиент температуры со временем растет и распространяется на всю область воздействия.

316 312

заз ги заэ

233 232

01

02

аз

04

05

Рис. 1. Распределение температурь! вдоль системы при воздействии ВЧ ЭМП 1 - через 10 минут, 2-20 минут; 3-30 минут; 4-40 минут; 5-60 минут; 6-80 минут; 7-90 минут.

Приведенное на рис.1 распределение температуры по пространству приводит к неожиданному результату в пространственном распределении концентрации компонентов. Гак, на рисунках 2-4 приведены кривые распределения концентрации для вытесняемого компонента (нефти), из анализа которых видно, что, несмотря на уменьшение вязкости нефти при увеличении температуры, следствием которого должно быть ее более быстрое вытеснение по сравнению с вытеснением без воздействия, в нашем случае процесс имеет обратный характер. Это можно объяснить только тем, что за счет перекрестных эффектов массопереноса (в основном термодиффузии электромагнитного происхождения) в ВЧ ЭМП возникает диффузионный поток, направленный против градиента температуры, что приводит к встречной диффузии нефти, обратной к направлению фильтрации системы в целом, и перераспределению компонентов в пространстве. Поэтому концентрация нефти в области, прилегающей к точке нагнетания растворителя в случае ВЧ ЭМ воздействии (кривая 2) становится больше концентрации нефти в случае без воздействия ВЧ ЭМП (кривая 1), причем, естественно, чем больше градиент температуры, тем больше разница между соответствующими значениями концентраций.

а

0,005

1

X

о 0,1 Ц2 0,3 0.4 Ц5

0 0.1 0.2 0,3 0,4 0,5

Рис. 2. Распределение концентраций нефти с2 и адсорбата а вдоль системы через 30 минут 1 - без воздействия ВЧ ЭМП; 2-е ВЧ ЭМП.

Г

0.1

0.2

0,4

0.5

Рис. 3. Распределение концентраций нефти с, и адсорбата а вдоль системы через 40 минут I - без воздействия ВЧ ЭМП; 2 - с ВЧ ЭМП.

0.003 0,002 0.001

0 0,1 0.2 0 Рис. 4. распределение концентраций нефти сг и адсорбата а вдоль системы через 60 минут 1 без воздействия ВЧ ЭМП; 2 - с ВЧ ЭМП.

Здесь же на рисунках 2-4 приведены кривые распределения концентрации адсорбата (адсорбированной примеси) в случаях без воздействия ВЧ ЭМП и с ВЧ ЭМ воздействием в различные моменты времени. Анализ кривых показывает, что рассматриваемое в задаче пространство можно разделить на две меняющиеся во времени области:

1) область, где в результате ВЧ ЭМ воздействия преобладают процессы адсорбции (кривая 2 располагается выше кривой кривой 1);

2) область, где в результате ВЧ ЭМ воздействия преобладают процессы десорбции (кривая 2 располагается ниже кривой 1).

Такой характер процесса адсорбции можно объяснить тем, что по мере вытеснения нефти происходит конкуренция двух процессов. С одной стороны,

как было показано выше, за счет перекрестных эффектов концентрация нефти в случае ВЧ ЭМ воздействия в пространстве со временем возрастает, в отличие от случая без воздействия А так как концентрация примеси пропорциональна концентрации нефти, то это должно приводить к увеличению концентрации адсорбированного вещества С другой стороны, если в данной области пространства имеет место значительное увеличение температуры, то преобладающим может стать процесс десорбции Количественно сорбционный процесс определяется коэффициентом Генри, являющимся функцией темпера гуры в соответствии с полученной в результате решения задачи зависимостью (рис 5) При этом, так как наибольший прогрев происходит в правой области пространства (рис 1), то, соответственно, в данной области преобладает процесс десорбции

Рис 5 Зависимость коэффициента Генри / от температуры т

В четвертой главе для объяснения результатов экспериментальных работ по влиянию электромагнитных полей на поверхностное натяжение полярных жидкостей построена качественная теория, учитывающая диполь-дипольное взаимодействие между молекулами жидкости При построении теории учитывались известные данные ренгеноструктурного анализа

1 Молекулы внутри жидкости плотно упакованы и располагаются относительно друг друга симметрично На расстояниях Я > (3 - 4)с1 от некоторой выбранной «центральной» молекулы упорядоченность размывается -так называемый ближний порядок {<Л - эффективный диаметр молекулы)

2 На поверхности жидкости, согласно рентгеноструктурному анализу, также наблюдается упорядоченное расположение молекул, причем упаковка молекул строго ориентирована относительно поверхности жидкости

3 Как на поверхности, так и внутри жидкости упаковка молекул, носит преимущественный характер, при этом в жидкости могут встречаться разные виды упаковок молекул, но определенный вид упаковки встречается наиболее часто

Предложен следующий механизм влияния электрического поля на поверхностное натяжение внешнее электрическое поле стремится повернуть молекулы так, чтобы их дипольные моменты установились по направлению поля, тем самым, вызывая преимущественную ориентацию дипольных моментов молекул вдоль направления поля В итоге на поверхности жидкости силы диполь-дипольного взаимодействия между преимущественно ориентированными вдоль вектора напряженности электрического поля дипольными моментами молекул, оказавшись несконпенсированными, влияют на поверхностное натяжение полярной жидкости

Оказалось, что учет диполь-дипольного взаимодействия между молекулами жидкости приводит к новому эффекту - анизотропии поверхностного натяжения относительно угла между поверхностью жидкости и направлением вектора напряженности электрического поля

Анализ экпериментальных работ показал, что в них исследован только один частный случай, когда вектор напряженности электрического поля ориентирован параллельно поверхности жидкости В этом случае, как следует из построенной теории коэффициент поверхностного натяжения уменьшается при увеличении интенсивности электрического поля, что хорошо согласуется с экспериментальными данными Из построенной теории, например, следует, что в случаях, когда вектор напряженности электрического поля ориентирован перпендикулярно поверхности жидкости, то коэффициент поверхностного натяжения увеличивается при увеличении интенсивности электрического поля

В пятой главе рассмотрено влияние ВЧ ЭМП на реологию разбавленных суспензий, при этом предполагалось

1) ВЧ ЭМП является однородным и имеет вид е = е0и = е0 ехр(гм) кй, где е0- амплитуда вектора напряженности электрического поля, /г-вектор в направлении поля к = й0 ехр(/й)/), Л0 -единичный вектор, направленный вдоль оси, относительно которой колеблется вектор напряженности ВЧ ЭМП £ и в сферической системе координат = сову эт^, И02 = втцт этв, Лдз = сой в, у/, в - широта и долгота соответственно, «-круговая частота ВЧ ЭМП, I - мнимая единица

2) Течение суспезии считается изотермическим, то есть не учитываются тепловые источники, возникающие при ВЧ ЭМ воздействии на разбавленную суспензию

3) Частицы суспензии в общем случае имеют форму эллипсоидов вращения и обладают постоянным дипольным моментом /г, который жестко связан с частицей и направлен вдоль оси ее симметрии Для определенности полагается, что частицы обладают электрическим дипольным моментом и, следовательно, испытывают воздействие со стороны вектора напряженности электрического поля

Для частиц суспензии имеющих сферическую форму исследованы два частных случая случай малых полей и случай произвольных полей Для случая

до,

малых полей для простого сдвигового движения, когда = —* 0, получено

дх2

следующее выражение для эффективной сдвиговой вязкости

Г 5 3 1-й»2 г2

^Мг^а+^г51" 7 (15)

где ^„-коэффициент сдвиговой вязкости жидкости, в которой взвешены частицы, <р -объемная концентрация твердой фазы, к-цЕа1кТ - безразмерная напряженность поля, 1л=сгИк-к~1 - функция Ланжевена, г = Ъщ,, / пкТ -

время релаксации, п -число частиц в единице объема суспензии, к - постоянная Больцмана

Анализ выражения (15) показывает, что в зависимости от частоты ВЧ ЭМП эффективный коэффициент вязкости суспензии может быть больше или меньше значения вязкости без ВЧ ЭМ воздействия Возможны следующие случаи

1) сот <1, при увеличении интенсивности ВЧ ЭМП эффективная сдвиговая вязкость увеличивается Это объясняется тем, что при данных частотах ВЧ ЭМП затормаживает вращение частиц суспензии, а это всегда приводит к увеличению вязкости

2) ют = 1 Эффективный коэффициент вязкости не зависит от воздействия ВЧ ЭМП,

3) ют >\ При данных частотах ВЧ ЭМП ускоряет вращение частиц суспензии, что приводит к уменьшению вязкости, причем имеется критическая частота, при которой эффективный коэффициент вязкости является минимальным 3

В случае произвольных полей для сдвигового движения (у12

дхг

при в =—, ч/ = 0 получено выражение для эффективной сдвиговой вязкости

от безразмерной напряженности к~цЕ0 !кТ, при различных частотах ВЧ ЭМП

Показано, что пределы применимости выражения (16) для эффективной сдвиговой вязкости в случае малых полей определяются следующими значениями безразмерной напряженности поля к 0 < к < 0,7

2

(16)

На рис 6 показана зависимость изменения безразмерной вязкости <РЧо <РЛо

Д

т.

1. шт = 0,5

2. ат = 0,75

0,3 -

з. ат = 1

0,2 -

0,1

4. Я)Г = 1,5 5-ат = 1,7

О

1 --— 3

-од J

Рис. 6. Зависимость изменения безразмерной вязкости суспензии от безразмерной натяженности ВЧ ЭМП при различных частотах. Кривые I, 2, 3, 4 и 5 - соответствуют случаям, когда частота ВЧ ЭМП соответственно удовлетворяетусловиям: в)1 - 0,5 , &>т = 0,75 , шг = 1, сот = 1,5 и 0)Т ----1,7 .

Приложение выражения для эффективной сдвиговой вязкости (16) к магнитным суспензиям дает удовлетворительное качественное соответствие с экспериментальными данными. Действительно, учитывая, что полученные результаты справедливы при соответствующей замене обозначений (безразмерной напряженности: к= цн0!кт ) для суспензий частиц с магнитным моментом: ¡л = мсу, где мс -намагниченность насыщения ферромагнетика; v-

объем частицы суспензии. Показано, что для частиц с характерными размерами

0 0

а«гЗ(М-100Л, условие а>т = 1 выполняется при частотах: v = е>/2л- ¡= 10s-107Гц, что соответствует диапазону ВЧ ЭМП. Для частиц с большими размерами

о

а ~ 100СЫ, условие етг = 1 выполняется при частоте: v = co/ln »102Гц и, следовательно, явление уменьшения эффективной вязкости должно наблюдаться и в области квазистационарных полей низкой частоты. Данное явление в зарубежной литературе получило название "отрицательная вязкость" ("Negative-viscosity"). Результаты эксперимента для квазистационарных магнитных полей представлены на рис. 7, где вдоль оси абцисс

отложена напряженность внешнего магнитного поля Н в эрстедах, по оси ординат величина: т]г(Н,у) - Ат//г](0,0) = (г]г(Н,у) -т;(0,0))/?7(0,0), у-частота магнитного поля; г/г(Н,у) -эффективная вязкость при наличии магнитного поля Н частоты у; т/(0,0)-эффективная вязкость в отсутствии магнитного поля. Экспериментальные кривые получены при различных частотах магнитного поля.

1

0,5 0

-0,5

0 1000 2000 3000

Рис. 7 Экспериментальное определение величины г/г(Н,у) ~ (т]г (11. V ) — 77(0,0))/77(0,0) от напряженности И магнитного поля при различных частотах V .

Сравнивая теоретические (рис. 6) и экспериментальные (рис. 7) кривые, отметим, что аппроксимация построенной теории в область

квазистационарных полей низкой частоты качественно согласуется с экспериментыми данными для магнитных суспензий.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе получены следующие научные результаты:

1. На основе методов термодинамики необратимых процессов построена феноменологическая теория, описывающая физико-химические процессы в многокомпонентных средах при высокочастотном электромагнитном

чг У• •у* у = 0 Гц 52 Гц

Гц

v = -----Ок = 345 Гц = 645 Гц 1480 Гц | Н, Э

воздействии Получены выражения для теплового, диффузионных потоков и скоростей химических реакций, в которых могут быть выделены слагаемые содержащие члены, обусловленные высокочастотным электромагнитным воздействием Получено обобщение закона действующих масс Гульдберга и Вааге на случай воздействия на многокомпонентную среду высокочастотного электромагнитного поля Показано, что ВЧ ЭМП влияют на константу химического равновесия при этом раскрывается два механизма этого воздействия

а) тепловой механизм воздействия влияние на «константу» химического равновесия при прогреве среды за счет энергии ВЧ ЭМП из-за диэлектрических и магнитных потерь, ^

б) нетепловой «электромагнитный» механизм воздействия влияние ВЧ ЭМП, через разность электромагнитных членов энергий активаций прямой и обратной химических реакций

2 Путем обобщения построенной теории на случай фильтрации в ВЧ ЭМП получена система уравнений описывающих фильтрацию многокомпонентных сред в ВЧ ЭМП с учетом адсорбционных процессов Установлено, что ВЧ ЭМП влияет на сорбционные процессы следующим образом

1) на кинетику адсорбции а) через тепловой прогрев среды за счет энергии ВЧ ЭМП из-за диэлектрических потерь, б) через теплоту адсорбции (появление дополнительной электромагнитной составляющей в выражении для теплоты адсорбции (2 = <2„+ б"", где <2т> 0 - теплота адсорбции без учета воздействия ВЧ ЭМП, 2"" - ВЧ электромагнитная часть теплоты адсорбции)

2) на скорость сорбционных процессов появление электромагнитной части в выражении для скорости адсорбции Р = Р„+Р"", где рт - скорость адсорбции без учета воздействия ВЧ ЭМП, р""- скорость адсорбции с учетом ВЧ электромагнитного воздействия

3 Рассмотрена задача фильтрации углеводородной смеси в однородном ВЧ ЭМП с учетом конвективно-диффузионных и адсорбционно-

десорбционных процессов Показано, что при воздействии поля конкурируют два процесса перекрестный эффект массопереноса (термодиффузия электромагнитного происхождения) и влияние ВЧ ЭМП на коэффициент Генри, что количественно определяет процессы адсорбции и десорбции

4 Обнаружен эффект анизотропии коэффициента поверхностного натяжения, проявляющийся в зависимости коэффициента поверхностного натяжения от взаимной ориентации поверхности жидкости и вектора напряженности электрического поля

5 Рассмотрена теория воздействия ВЧ ЭМП на дисперсные системы (разбавленные суспензии) Получены выражения для эффективной вязкости суспензий в ВЧ ЭМП в случае малых и произвольных полей Установлено, что выражение для эффективной вязкости зависит от частоты и интенсивности ВЧ ЭМП и при некоторых частотах ВЧ ЭМП наблюдается уменьшение эффективной вязкости Показано, что при аппроксимации в область квазистационарных низкочастотных электромагнитных полей результаты хорошо согласуются с известными экспериментальными исследованиями

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1 Саяхов Ф JI, Галимбеков А Д К термо- и гидродинамике поляризующихся под воздействием высокочастотного электромагнитного поля поглощающих жидких сред / Сб Прикладная физика и геофизика -Уфа, 1995 - С 101-108

2 Саяхов Ф JI, Галимбеков А Д Течение полярной жидкости между параллельными пластинами при воздействии ВЧ ЭМП / Сб Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов - Уфа, 1995 - С 8589

3 Саяхов Ф JI, Галимбеков А Д Основные термодинамические соотношения для поляризующихся и намагничивающихся жидких сред в высокочастотном электромагнитном поле / Сб Физико-химическая гидродинамика - Уфа, 1995 - С 86-92

4 Саяхов Ф Л , Закирьянов Ф К , Галимбеков А Д Термодинамика сплошных сред в электромагнитном поле.//Учебное пособие БашГУ - Уфа, 1996 -89 с

5 Саяхов Ф Л, Ковалева Л А, Галимбеков А Д Воздействие высокочастотного электромагнитного поля на многокомпонентные системы // Магнитная гидродинамика - Рига, 1997 - Т 33, №3, - С 356-364

6 Саяхов Ф Л, Ковалева Л А, Галимбеков А Д Воздействие высокочастотного электромагнитного поля на течение поляризующихся углеводородных систем /Сб ИПТЭР-Уфа, 1998 - С 77-91

7 Саяхов Ф Л, Ковалева Л А , Насыров Н. М , Галимбеков А Д Влияние высокочастотного электромагнитного поля на перекрестные эффекты переноса многокомпонентных систем // Магнитная гидродинамика -Рига, 1998-Т 36, №2 - С 148-157

8 Саяхов Ф Л, Галимбеков А Д Об одной феноменологической модели описывающей воздействие высокочастотного электромагнитного поля на многокомпонентную систему с химическими реакциями / Сб научн трудов Региональная конференция (25-26 ноября 1999 г) «Резонансные и нелинейные явления в конденсированных средах» Т 2 - Уфа, 1999 - С 90-91

9 Галимбеков А Д Вязкость суспензий в высокочастотном электромагнитном поле / В межвуз научн сб Электрификация сельского хозяйства Выпуск 1, Изд БИРО - Уфа, 1999 - С 157-160

10 Саяхов Ф Л, Галимбеков А Д Об одной феноменологической модели описывающей воздействие высокочастотного электромагнитного поля на многокомпонентную систему с химическими реакциями / Сб научн трудов Научная конференция по научно-техническим программам Минобразования России I - Уфа, 1999 - С 115-120

11 Галимбеков А Д Исследование воздействия высокочастотного электромагнитного поля на вязкость суспензий / Межвузовский научный сборник Электромагнитная физико-химическая гидродинамика - Уфа, 2000 - С 95-99

12 Галимбеков А Д Воздействие высокочастотных электромагнитных полей на многокомпонентные системы с химическими реакциями / Аннотации докладов - Пермь 23-29 августа 2001 - С 173.

13 F L Sayakhov, A D Gahmbekov Effective viscosity of suspensions m a high-frequency electromagnetic field // Magnetohydrodynamics - vol 37 (2001), no 4 -PP 404-409

14 Галимбеков А Д Влияние высокочастотного электромагнитного поля на константу химического равновесия / Физика в Башкортостане, сб статей -Уфа Гилем, 2001 - С 298-301

15. Саяхов ФЛ, Галимбеков АД Вязкость разбавленной суспензии в высокочастотном электромагнитном поле // ПМТФ - 2002 - Т43, № 6-С 156-159

16 Саяхов Ф Л , Черепанов А H, Галимбеков А Д, Сафин С Г., Дружинин H В Некоторые аспекты и механизмы интенсификации процессов высокотемпературного пиролитического разложения ТБО / Сб научн тр Междунар Научно-практическ конф-и «Перспективы освоения минерально-сырьевой базы Архангельской области» -Архангельск, 2002 -С 152-154

17 Галимбеков АД Эффективная вязкость суспензий в высокочастотном электромагнитном поле / 13-я Зимняя школа семинар по механике сплошных сред Аннотации докладов - Пермь 24 февраля - 1 марта, 2003 -С 96

18 Саяхов Ф Л , Ковалева Л А , Галимбеков А Д, Хайдар A M Электрофизика нефтегазовых систем // Учебное пособие - Уфа, 2003,- 186 с

19 KovalevaL A Gahmbekov A D Impact of a high - frequency electromagnetic field upon multicomponent systems chemical reaction / First International Meeting on Applied Physics - October 13-18 th 2003 - Badajoz, Spam - PP 346-358

20 Галимбеков АД Механизм воздействия высокочастотного электромагнитного поля на химические реакции в многокомпонентных

средах / Сб Физико-химическая гидродинамика 4 2- Уфа, РИО БашГУ, 2004-С 3-16

21 Галимбеков АД Влияние электрического поля на поверхностное натяжение полярных жидкостей / Материалы 110 научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов университета -Уфа Изд БГАУ, 2004 - С 154

22 Ковалева JIА, Галимбеков А Д Влияние высокочастотного электромагнитного поля на физико-химические процессы в многокомпонентных средах // Вестник Оренбургского государственного университета - №1, 2004 - С 144-149

23 Галимбеков АД Эффективная вязкость суспензии в высокочастотном электромагнитном поле // Вестник Башкирского университета - Уфа, №3, 2004- С 65-69

24 Галимбеков А Д Воздействие высокочастотного электромагнитного поля на химические реакции в многокомпонентных средах И ЖФХ, 2004 - том 78, №9-С. 1693-1697

25 Галимбеков А Д, Ковалева JIА Некоторые аспекты взаимодействия электромагнитных полей с поляризующимися средами Монография - Уфа Изд-ние Башкирок ун-та, 2004 - 104 с

26 Галимбеков АД Исследование поверхностного натяжения полярных жидкостей в электрическом поле / В межвуз научн Сб Электрификация сельского хозяйства Выпуск 4 - Уфа Изд БИРО, 2005 - С 141-146

27 Галимбеков А Д Изотермическая диффузия в двухкомпонентной среде при высокочастотном электромагнитном воздействии / Межвуз научн Сб Электрификация сельского хозяйства Выпуск 4 - Уфа Изд БИРО, 2005 - С 146-150

28 Kovaleva L A. Gahmbekov A D Thermodinamical Basis of a Radio-Frequency Electromagnetic Field Impact on Multicomponent Petroleum Fluids / 17-th European Conference on Thermophysical Properties - Bratislava, 5-7 September, 2005 - PP 434-447

29 Галиева Л Н , Галимбеков А Д Влияние электрического поля на адсорбцию полярных молекул на поверхности металла. / Сб трудов Международная уфимская зимняя школа конференция по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых Т 2, Физика - Уфа, 2005 - С 89-94

30 Галимбеков АД Исследование вязкости суспензии при воздействии электромагнитных полей высокочастотного диапазона / Сб трудов Международная уфимская зимняя школа конференция по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых Т 2, Физика - Уфа, 2005 - С 95-103

31 Галимбеков А Д Теоретическое исследование влияния электрического поля на поверхностное натяжение полярных жидкостей / Сб трудов Международная уфимская зимняя школа конференция по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых Т 2, Физика - Уфа, 2005 - С 104-110

32 Галимбеков А Д Некоторые аспекты воздействия электромагнитных полей на поляризующиеся среды / Сб трудов VI региональная школа конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии том I Физика Лекции и научные статьи - Уфа РИО БашГУ, 2006 - С 3-22.

Галимбеков Айрат Дамирович

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ С ПОЛЯРИЗУЮЩИМИСЯ

СРЕДАМИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 02 J 319 от 05 01 99 г

Подписано в печать 26 09 2007 г Бумага офсетная Формат 60x84/16 Гарнитура Times Отпечатано на ризографе Уел печ л 2,3 Уч-изд л 1,8 Тираж 130 экз Заказ 40а

Редакционно-издательский центр Башкирского государственного университета 450074, РБ, г Уфа, ул Фрунзе, 32

Отпечатано на множительном участке Башкирского государственного университета 450074, РБ, г Уфа, ул Фрунзе, 32

Введение

Глава I. Аналитический обзор

1.1. Особенности воздействия высокочастотных электромагнитных полей на поляризующиеся и намагничивающиеся среды

1.1.1. Дисперсия диэлектрической и магнитной проницаемости и диссипация высокочастотной электромагнитной энергии

1.1.2. Несимметричность тензора электромагнитных напряжений для диспергирующих в высокочастотных электромагнитных полях сред

1.2. Влияние электромагнитных полей на физические характеристики поляризующихся сред

Выводы

Глава П. Воздействие высокочастотных электромагнитных полей на многокомпонентные среды

2.1. Основные допущения и предположения. Уравнение баланса массы

2.2. Термодинамика многокомпонентного континуума при воздействии высокочастотного электромагнитного поля. Основные термодинамические соотношения

2.3. Законы сохранения импульса, момента импульса и энергии

2.4. Уравнения баланса энтропии. Производство энтропии. Линейные кинематические конструктивные уравнения

2.5. Система термогидродинамических уравнений для многокомпонентных сред в высокочастотном электромагнитном поле

2.6. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на химические реакции

2.6.1. Влияние высокочастотных электромагнитных полей на константу химического равновесия

2.6.2. Влияние высокочастотных электромагнитных полей на скорость химических реакций

2.7. Двухкомпонентная система при воздействии высокочастотного электромагнитного поля

2.8. Изотермическая диффузия в двухкомпонентной среде при высокочастотном электромагнитном воздействии Выводы

Глава Ш. Исследование адсорбционных процессов в пористой среде при воздействии высокочастотного электромагнитного поля

3.1. Система термогидродинамических уравнений при воздействии высокочастотных электромагнитных полей на материалы нефтяной технологии

3.2. Особенности фильтрации многокомпонентных сред при воздействии высокочастотного электромагнитного поля без учета адсорбционных процессов

3.3.Система термогидродинамических уравнений, описывающих фильтрацию многокомпонентной среды через пористый скелет без учета адсорбционных процессов

3.4. Экспериментальные исследования. Определение коэффициента диффузии

3.5. Система термогидродинамических уравнений, описывающих фильтрацию двухкомпонентной среды через пористый скелет без учета адсорбционных процессов

3.6. Фильтрация однофазной, однокомпонентной системы при воздействии высокочастотного электромагнитного поля с учетом сорбционных процессов

3.7. Фильтрация углеводородной смеси при воздействии высокочастотного электромагнитного поля с учетом адсорбционных процессов

3.8. Система термогидродинамических уравнений, описывающих фильтрацию двухкомпонентной среды через пористый скелет с учетом адсорбционных процессов

3.9. Постановка задачи

Выводы

Глава IV. Исследование влияния электромагнитных полей на поверхностное натяжение полярных жидкостей Выводы

Глава V. Изучение реологических эффектов в дисперсных средах при воздействии высокочастотных электромагнитных полей

Выводы

В последние годы возрос научный интерес к проблемам взаимодействия электромагнитных полей с веществом, причем, особый интерес представляет исследование воздействия на различные среды мощных высокочастотных и сверхвысокочастотных электромагнитных полей (ВЧ и СВЧ ЭМП). Этот интерес обусловлен перспективностью применения электромагнитного воздействия в наукоемких отраслях производства в целях интенсификации технологических и физико-химических процессов и управления ими путем непосредственного воздействия на рабочую среду. ВЧ и СВЧ технологические процессы получили широкое применение и распространение в различных областях промышленности: химической, в машиностроении, пищевой, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, медицинской и др. [1-5]. Примерами таких применений электрических и магнитных полей являются технологии разделения составляющих неоднородной среды, а также разнообразные применения ВЧ и СВЧ ЭМП в технологических процессах нагрева и термообработки, сушки, размораживания и т. д.

Примером одной из сравнительно новых технологий, связанных с применением электромагнитных полей, является использование ВЧ и СВЧ ЭМП в разработке месторождений с осложненными физико-геологическими условиями: месторождения высоковязких и парафинистых нефтей, битумов, нефтяных сланцев, озокерита [6-12], запасы которых в настоящее время превышают запасы обычных нефтей. Такие месторождения характеризуются затуханием фильтрации из-за отложения асфальто-смолисто-парафинистых веществ в порах призабойной зоны пласта, высокой вязкостью и, вследствие этого, малой подвижностью насыщающего флюида. Применение ВЧ и СВЧ ЭМП и их комбинации с другими видами полей (тепловым, ультрозвуковым, упругим, гидродинамическим [13-18]) позволяет предупредить и эффективно удалять различные отложения из призабойной зоны пласта. 6

В отличие от существующих методов воздействия на сплошную среду ВЧ и СВЧ ЭМ воздействие обладает рядом преимуществ. Так, во-первых, электромагнитные волны распространяются до полного затухания на достаточно большие расстояния вглубь объекта воздействия, и речь может идти о различных электрогидродинамических явлениях и управлении ими в глубинах рабочей среды. Во-вторых, при воздействии на материальные среды ВЧ и СВЧ ЭМП в среде за счет диссипации энергии электромагнитного поля возникают распределенные источники тепла. Значение плотности тепловых источников определяется видом (геометрией) распространяющейся в среде электромагнитной волны и диэлектрическими свойствами среды. Таким образом, при заданной геометрии волн для данной среды, изменяя частоту ВЧ и СВЧ ЭМП, возможно осуществление управляемых процессов взаимодействия ЭМП со средой (например, нагрев на заданную глубину).

Кроме того, известно, что воздействие ВЧ и СВЧ ЭМП, в отличие от квазистационарных ЭМП, обладает характерными особенностями:

1. Период изменения ВЧ и СВЧ ЭМП обычно намного меньше характерного времени задачи.

2. Частоты ВЧ и СВЧ ЭМП не ограничены условием малости по сравнению с частотами, характерными для установления электрической и магнитной поляризации, то есть, когда имеет место дисперсия диэлектрической и магнитной проницаемостей.

3. Из-за дисперсии, электромагнитная часть тензора напряжений является несимметричной и поэтому необходимо учитывать дополнительную - вращательную степень свободы [19-22]. Учет вращательных степеней свободы связан с радикальным видоизменением и обобщением уравнений гидродинамики, так как момент импульса единицы объема реальной жидкости не сводится, вообще говоря, к одному лишь «внешнему» (или, как его часто называют, механическому) моменту импульса I = р[г х и], связанному с трансляционным движением, но и содержит еще и внутренний 7 момент импульса обусловленный собственным вращением частиц -носителей скрытого вращения, в качестве которых могут выступать сами молекулы среды или посторонние включения.

Таким образом, воздействие ВЧ и СВЧ ЭМП на сплошные среды качественно отличается от воздействия квазистационарных ЭМП и требует принципиально нового подхода к исследованию данных систем.

Вопросы, эффекты и особенности взаимодействия ВЧ и СВЧ ЭМП с различного рода средами, наряду с магнитной гидродинамикой (МГД) [23, 30, 94-99], феррогидродинамикой (ФГД) [44, 75, 76, 89-92, 100, 103-107, 112] и электрогидродинамикой (ЭГД) [24, 30, 31], составляют новое направление - высокочастотную электромагнитную гидродинамику (ВЧ ЭМГД). Ее теоретическая база основана на взаимосвязанной системе уравнений электродинамики, термодинамики и гидродинамики. Несмотря на разнообразные применения воздействия ВЧ и СВЧ ЭМП, теория этого вопроса применительно к рабочим средам, которые на практике в большинстве случаев представляют собой многофазную, многокомпонентную среду [32] остается мало изученной [33-40]. На сегодняшний день нет общепринятой и обоснованной замкнутой системы уравнений, аналогичной уравнениям квазистационарной ЭМГД, учитывающей специфические особенности термо- и гидродинамических процессов, возникающих в рабочих средах при воздействии ВЧ и СВЧ ЭМП. Изучение термо- и гидродинамических процессов, происходящих в многофазных, многокомпонентных средах под воздействием внешних интенсивных ВЧ и СВЧ ЭМП, построение математических моделей этих процессов и их анализ является актуальным как в научном, так и в прикладном отношениях, поскольку они могут составить основу новых технологических решений.

Отметим, что, так как ВЧ и СВЧ ЭМП отличаются только лишь способами их генерирования и ввода в рабочую среду и нет принципиального различия в механизме взаимодействия с рабочей средой, то 8 нет нужды различать их в дальнейшем. Поэтому мы будем пользоваться термином ВЧ ЭМП, имея в виду и СВЧ диапазон.

Целью данной диссертации явилось:

Развитие нового направления исследований - высокочастотной электромагнитной гидродинамики (ВЧ ЭМГД) для поляризующихся дисперсных систем с учетом химических реакций, поверхностных явлений и адсорбционных процессов в пористой среде.

Задачи исследований:

1. Построение теории, анализ и обоснование системы уравнений, описывающих термо- и гидродинамические явления в многокомпонентных поляризующихся системах с химическими реакциями при воздействии на них ВЧ ЭМП.

2. Использование построенной теории для исследования влияния ВЧ ЭМП на процессы фильтрации многокомпонентных взаиморастворимых углеводородов с учетом адсорбционных процессов.

3. Теоретическое исследование влияния электромагнитных полей на поверхностное натяжение полярных жидкостей.

4. Изучение влияния ВЧ ЭМП на реологию дисперсных систем (разбавленных суспензий).

Научная новизна:

1. Построена феноменологическая теория и получена система уравнений, описывающих термо- и гидродинамические явления в многокомпонентных поляризующихся системах при воздействии ВЧ ЭМП с учетом химических реакций.

2. Получен обобщенный закон действующих масс Гульдберга-Вааге на случай воздействия на многокомпонентную среду ВЧ ЭМП и исследовано влияние поля на «константу» химического равновесия и на скорость химических реакций.

3. Выводится и анализируется система уравнений, описывающая фильтрацию многокомпонентной среды при воздействии ВЧ ЭМП с учетом 9 адсорбционных процессов (в том числе обобщенный закон Генри на случай воздействия на среду ВЧ ЭМП) и рассмотрена задача фильтрации углеводородной смеси в однородном ВЧ ЭМП с учетом конвективно-диффузионных и адсорбционно-десорбционных процессов.

4. Обнаружен эффект анизотропии коэффициента поверхностного натяжения относительно ориентации вектора напряженности электрического поля к поверхности жидкости.

5. Получены выражения для эффективной сдвиговой вязкости суспензий в случае малых и произвольных ВЧ ЭМП.

Практическая ценность работы

Термогидродинамические и физико-химические эффекты, исследованные в работе, могут быть использованы в целях управления различными технологическими процессами с применением энергии ВЧ и СВЧ ЭМП. Полученные результаты позволяют учитывать особенности взаимодействия «поле-вещество», в частности, в нефтехимической промышленности, в процессах добычи и переработки углеводородного сырья.

В работе защищаются следующие положения:

1. Система уравнений, описывающая термо- и гидродинамические эффекты в многокомпонентных системах с химическими реакциями при воздействии на них ВЧ ЭМП.

2. Эффекты влияния ВЧ ЭМП на прямые процессы диффузии, теплопроводности и перекрестные эффекты Соре, Дюфура, а также влияние ВЧ ЭМП на «константу» химического равновесия (выражение для обобщенного закона действующих масс Гульдберга и Вааге в случае воздействия ВЧ ЭМП на многокомпонентную среду) и на скорость химической реакции.

3. Система уравнений, описывающая фильтрацию многокомпонентной среды при воздействии ВЧ ЭМП с учетом адсорбционных процессов.

10

4 Эффекты влияния ВЧ ЭМП на адсорбционные процессы при фильтрации многокомпонентных сред в пористой среде.

5 Явление анизотропии коэффициента поверхностного натяжения полярной жидкости относительно ориентации вектора напряженности электрического поля к поверхности жидкости.

6. Эффекты влияния ВЧ ЭМП на эффективную вязкость разбавленной суспензии.

Диссертация состоит из пяти глав.

В первой приводится аналитический обзор теоретических и экспериментальных работ по исследуемой в диссертации тематике.

Во второй главе на основе методов термодинамики необратимых процессов последовательно излагается феноменологическая теория, описывающая физико-химические процессы в многокомпонентных средах при высокочастотном электромагнитном воздействии. Получена система термогидродинамических уравнений для многокомпонентной среды в ВЧ ЭМП. Исследованы эффекты влияния ВЧ ЭМП на прямые процессы диффузии, теплопроводности и перекрестные эффекты Соре, Дюфура. На основе построенной теории раскрыты механизмы воздействия ВЧ ЭМП на константу химического равновесия и на скорость химической реакции.

В третьей главе построенная теория для многокомпонентных сред в ВЧ ЭМП уточнена для материалов нефтяной технологии и обобщена на случай фильтрации многокомпонентных взаиморастворимых углеводородов в ВЧ ЭМП с учетом процессов адсорбции. Для количественной оценки влияния ВЧ ЭМП на адсорбционные процессы рассмотрена задача смешивающегося вытеснения нефти растворителем в пористой среде конечной длины, в однородном ВЧ ЭМП. Показано, что при воздействии ВЧ ЭМП конкурируют два процесса: перекрестный эффект массопереноса (термодиффузия электромагнитного происхождения) и влияние ВЧ ЭМП на «константу» коэффициент Генри, что количественно определяет процессы адсорбции и десорбции.

11

В четвертой главе исследуются механизмы воздействия электромагнитных полей на поверхностное натяжение полярных жидкостей. Раскрыт новый эффект анизотропии коэффициента поверхностного натяжения полярных жидкостей относительно утла между поверхностью жидкости и направлением вектора напряжености электрического поля.

В пятой заключительной главе исследуется влияние ВЧ ЭМП на реологию дисперсных систем. В качестве дисперсных сред рассматриваются разбавленные суспензии (взвеси твердых частиц в вязкой жидкости). Исследовались суспензии частиц, в общем случае, имеющих форму эллипсоидов вращения, обладающих постоянным дипольным моментом, который жестко связан с частицей и направлен вдоль ее оси симметрии. Для частиц суспензии имеющих сферическую форму исследованы два частных случая: малых и произвольных ВЧ ЭМП. Показано, что полученные выражения для эффективной сдвиговой вязкости зависят от частоты, величины и направления ВЧ ЭМП. При этом в общем случае произвольных ВЧ ЭМП зависимость эффективной вязкости от частоты и интенсивности ВЧ ЭМП имеет сложный характер. В случае же, когда ВЧ ЭМП являются малыми, то при одних частотах ВЧ ЭМП происходит торможение частиц суспензии, при других - ускорение, что соответственно увеличивает или уменьшает сдвиговую вязкость, при этом имеется критическая частота, при которой эффективный коэффициент сдвиговой вязкости имеет минимальное значение. Полученные результаты хорошо согласуются с известными экспериментальными данными и выводами других авторов.

По материалам диссертации опубликовано 32 печатные работы [39, 40, 46-48, 51-55, 65, 83-88, 148-162], в том числе 1 монография и 7 статей в центральных изданиях, рекомендованные ВАК РФ.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкости» (Петродворец, 1998), Региональной конференции «Резонансные и нелинейные явления в конденсированных средах» (Уфа, 1999), XXIV Школе семинаре по проблемам механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа (Уфа, 2001), VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Пермь, 2001), XXV Школе семинаре по проблемам механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа (Уфа, 2001), на семинаре в институте механики МГУ под руководством д. ф.-м. н., проф. В.В. Гогосова, 2001), XXVI Школе семинаре по проблемам механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа (г. Уфа, 2002), 13-ой Зимней школе семинаре по механике сплошных сред (Пермь, 2003), Международной конференции в Испании с докладом: «Impact of a high-frequency electromagnetic field upon multicomponent systems chemical reaction» (First International Meeting on Applied Physics. - October, 2003, Badajoz, Spain), Международной конференции в Словакии с докладом: «Thermodynamical Basis of a Radio -Frequency Electromagnetic Field Impact on Multicomponent Petroleum Fluids» (17-th European Conference on Thermophysical Properties. - September, 2005, Bratislava), 14-ой Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, 2005), Международной Уфимской зимней школе-конференции по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2005), Всероссийской конференции «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности» (Москва, 2007), Российской конференции «Механика и химическая физика сплошных сред» (Бирск, 2007).

Диссертация выполнена при поддержке Государственной научно-технической программы академии наук республики Башкортостан (ГНТП АН РБ) (№ 157-04/2).

13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие научные результаты:

1. На основе методов термодинамики необратимых процессов построена феноменологическая теория, описывающая физико-химические процессы в многокомпонентных средах при высокочастотном электромагнитном воздействии. Получены выражения для теплового, диффузионных потоков и скоростей химических реакций, в которых могут быть выделены слагаемые содержащие члены, обусловленные высокочастотным электромагнитным воздействием. Получено обобщение закона действующих масс Гульдберга и Вааге на случай воздействия на многокомпонентную среду высокочастотного электромагнитного поля. Показано, что ВЧ ЭМП влияют на константу химического равновесия при этом раскрывается два механизма этого воздействия: а) тепловой механизм воздействия: влияние на «константу» химического равновесия при прогреве среды за счет энергии ВЧ ЭМП из-за диэлектрических и магнитных потерь; б) нетепловой «электромагнитный» механизм воздействия: влияние ВЧ ЭМП, через разность электромагнитных членов энергий активаций прямой и обратной химических реакций.

2. Путем обобщения построенной теории на случай фильтрации в ВЧ ЭМП получена система уравнений описывающих фильтрацию многокомпонентных сред в ВЧ ЭМП с учетом адсорбционных процессов. Установлено, что ВЧ ЭМП влияет на сорбционные процессы следующим образом:

1) на кинетику адсорбции: а) через тепловой прогрев среды за счет энергии ВЧ ЭМП из-за диэлектрических потерь; б) через теплоту адсорбции (появление дополнительной электромагнитной составляющей в выражении для теплоты адсорбции: () = 0,т+ <2ет, где Qm> 0 - теплота адсорбции без

192 учета воздействия ВЧ ЭМП; 0^ет - ВЧ электромагнитная часть теплоты адсорбции).

2) на скорость сорбционных процессов: появление электромагнитной части в выражении для скорости адсорбции: /3 = (Зт+ /Зет, где /Зт - скорость адсорбции без учета воздействия ВЧ ЭМП; (Зет- скорость адсорбции с учетом ВЧ электромагнитного воздействия.

3. Рассмотрена задача фильтрации углеводородной смеси в однородном ВЧ ЭМП с учетом конвективно-диффузионных и адсорбционно-десорбционных процессов. Показано, что при воздействии поля конкурируют два процесса: перекрестный эффект массопереноса (термодиффузия электромагнитного происхождения) и влияние ВЧ ЭМП на коэффициент Генри, что количественно определяет процессы адсорбции и десорбции.

4. Обнаружен эффект анизотропии коэффициента поверхностного натяжения, проявляющийся в зависимости коэффициента поверхностного натяжения от взаимной ориентации поверхности жидкости и вектора напряженности электрического поля.

5. Рассмотрена теория воздействия ВЧ ЭМП на дисперсные системы (разбавленные суспензии). Получены выражения для эффективной вязкости суспензий в ВЧ ЭМП в случае малых и произвольных полей. Установлено, что выражение для эффективной вязкости зависит от частоты и интенсивности ВЧ ЭМП и при некоторых частотах ВЧ ЭМП наблюдается уменьшение эффективной вязкости. Показано, что при аппроксимации в область квазистационарных низкочастотных электромагнитных полей результаты хорошо согласуются с известными экспериментальными исследованиями.

193

1. Девятков Н.Б., Зусмановский A.C., Цейтлин A.M. Применение СВЧ электронных приборов и квантовых генераторов в народном хозяйстве (обзор) // Электронная техника, серия 1. Электроника СВЧ, 1967, №11, С. 3-13.

2. Тюрикова H.A. Использование СВЧ энергии в устройствах промышленного и бытового назначения // Зарубежная электронная техника. 1972, №2. С.45-62.

3. Рогов И.Я., Адаменко В .Я. Современные методы и оборудование для сверхвысокочастотной обработки пищевых продуктов в промышленности (обзор). М.: Пищевая промышленность, 1973. - 83 с.

4. Иванова Т.Н. Электрофикация и электроемкость промышленного производства. М.: Наука, 1978.-119 с.

5. Терешенко А.И. Воздействие СВЧ энергии на вещество // Изв. ВУЗов. Радиотехника. 1978, №1. С. 4-15.

6. Саяхов Ф.Л. Термогидродинамические основы применения высокочастотных электромагнитных полей в процессах добычи высоковязких нефтей. Отчет института механики МГУ №2873, М.: Институт механики МГУ, 1983. - 105 с.

7. Саяхов Ф.Л., Фатыхов М.А. Аппроксимация кривых температурной зависимости диэлектрических параметров нефтеводогазонасыщенных пластов в высокочастотных электромагнитных полях. Уфа: 1980. - 5 с. (Деп. ВИНИТИ, №1129-80).194

8. Саяхов Ф.Л., Фатыхов М.А. Определение радиуса зоны теплового влияния при стационарной фильтрации битумной нефти в высокочастотном электромагнитном поле / Физико-химическая гидродинамика (Межвузовский сборник). Уфа: 1989. - С. 81-84.

9. Ю.Саяхов Ф.Л., Дыбленко В.П., Насыров Н.М. Исследование высокочастотного нагрева призабойной зоны битумного пласта. Уфа: 1979. - 37 с. (Деп. Ао ВНИИОЭНГ, №636).

10. Саяхов Ф.Л., Фатыхов М.А., Дыбленко В.П. и др. Расчет основных технологических показателей процесса высокочастотного нагрева призабойной зоны нефтяных скважин // Изв. ВУЗов. Нефть и газ. 1977, №6. -С. 23-26.

11. Саяхов Ф.Л., Фатыхов М.А., Кузнецов О.Л. Исследование электро-магнито-акустического воздействия на распределение температуры в нефтеводонасыщенной пористой горной породе // Изв. ВУЗов. Нефть и газ. 1981, №3.- С. 36-40.

12. Саяхов Ф. Л., Дыбленко В. П., Туфанов И. А. Исследование электромагнитно-акустического воздействия на насыщенную пористую среду // ИФЖ. 1979, т.36, №1. С. 649-652.

13. Гадиев С.М. Использование вибрации в добыче нефти. -М.: Недра, 1977. -197 с.

14. Ганиев Р.Ф. Колебательные движения в многофазных средах и их использование в технологии. Киев: Наукова Думка, 1980. -276 с.

15. Коган Я.М. О физико-химических основах предупреждения образования смоло-парафиновых отложений с помощью полей, создаваемых электрическим током. В кн.: Борьба с отложениями парафина. -М.: Недра, 1965.-С. 170-181.

16. Сургучев M.JI., Кузнецов O.JL, Симкин Э.М. Гидродинамическое, акустическое, тепловое циклическое воздействие на нефтяные пласты. -М.: Недра, 1975.- 185 с.

17. Дьярмати И. Неравновесная термодинамика. М.: Мир, 1974.-304 с.

18. Седов Л.И. Механика сплошной среды, т. 1. М.: Наука, 1973,-536 с.

19. Седов Л.И. Модели сплошных сред с внутренними степенями свободы // ПММ, 1968. т. 32, вып.5.

20. Де-Гроот С.Р., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М.: Мир, 1964. -373 с.

21. Бранновер Г.Г., Цинобер А.Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. М.: Наука, 1970.-380 с.

22. Мельчер Дж. Электрогидродинамика. Магнитная гидродинамика. 1974, №2, С. 3-30.

23. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости // УФН, т. 112, вып.З, 1974. С.428-458.

24. Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей.- М.: Наука. 319 с.

25. Розенцвейг Р. Е. Феррогидродинамика // УФН, т. 92, №2, 1967.- С. 339343.

26. Рубашов И.Б., Бортников Ю.С. Электрогазодинамика. -М.: Атомиздат, 1971.- 147 с.

27. Neuringer J.L., Kosensweig R.E. Ferrohydrodynamics. Phys. Fluids, 1964, v.7, №12, p. 1927- 1937.

28. Stuetzer O.M. Magnetohydrodynamics and electrohydrodynamics. Phis. Fluids, 1967, v.5, №5, p. 534-544.

29. Можен Ж. Механика электромагнитных сплошных сред. Пер. с англ. М.: Мир, 1991.- 560 с.

30. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Изд. «Наука», 1978.- 336 с196

31. Питаевский Л.П. Электрические силы в прозрачной среде с дисперсией // ЖЭТФ, i960, т. 39, вып.5(11), С. 1450-1458.

32. Пекар С.И. Энергия произвольного электромагнитного поля в среде с дисперсией диэлектрической и магнитной проницаемости // ЖЭТФ, 1975, т.68, вып.З, С. 866-880.

33. Штейн A.A. Модели поляризующихся сред и усредненные соотношения, соответствующие им в случае высокочастотного электромагнитного поля //ПММ, 1977, т. 41, вып. 2, С.271-281.

34. Саяхов Ф.Л., Фахретдинов И.А. Пондеромоторные силы в диспергирующих диэлектриках. Область нормальной дисперсии // Изв. ВУЗов, Физика, 1981, №3, С. 60-64.

35. Саяхов Ф.Л., Фахретдинов И.А. К гидродинамике полярной диэлектрической жидкости в высокочастотном электромагнитном поле.-Киев: Изд-во КГУ, вып.9, 1981.- С. 145-148.

36. Саяхов Ф.Л., Фатыхов М.А. Высокочастотная электромагнитная гидродинамика. Учебное пособие. Уфа.: БашГУ, 1990. - 79 с.

37. Саяхов Ф.Л., Галимбеков А. Д. Основные термодинамические соотношения для поляризующихся и намагничивающихся жидких сред в высокочастотном электромагнитном поле / В сб. Физико-химическая гидродинамика. -Уфа, 1995, С. 86-92.

38. Саяхов Ф.Л., Закирьянов Ф.К., Галимбеков А.Д. Термодинамика сплошных сред в электромагнитном поле. Учебное пособие.- Уфа, БашГУ, 1996.- 89 с.

39. Гогосов В.В., Налетова В.А., Шапошникова Г.А. О конструировании моделей поляризующихся дисперсных и многокомпонентных сред // ПММ., 1979, Т.43, С.489-499.

40. Гогосов В.В., Налетова В.А., Шапошникова Г.А. Гидродинамика дисперсных систем, взаимодействующих с электромагнитным полем // Изв. АН СССР, МЖГ, 1977, №3, С.59-70.197

41. Гуров К.П. Феноменологическая термодинамика необратимых процессов.-М.: Наука, 1978.- 128 с.

42. Гогосов В.В., Налетова В.А., Шапошникова Г.А. Гидродинамика намагничивающихся жидкостей // В кн.: Итоги науки и техники. Серия МЖГ. М.: ВИНИТИ, 1981.- С.76-208.

43. Де-Гроот С.Р., Сатторн Л.Г. Электродинамика.-М.: Наука, 1982.-560 с.

44. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Галимбеков А.Д. Воздействие высокочастотного электромагнитного поля на многокомпонентные системы //МГ Рига, 1997, Т.ЗЗ, №3. - С. 356-364.

45. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Галимбеков А.Д. Воздействие высокочастотного электромагнитного поля на течение поляризующихся углеводородных систем / В сб. ИПТЭР. —Уфа: 1998.- С.77-91.

46. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Насыров Н.М, Галимбеков А.Д. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на перекрестные эффекты переноса в многокомпонентных системах // МГ Рига, 1998, Т.36, №2, -С. 148-157.

47. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А. Термодинамика и явления переноса в дисперсных системах в электромагнитном поле. Изд-ние Башкирск. Ун-та. Уфа, 1998.- 176 с.

48. Галимбеков А.Д. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на константу химического равновесия / Физика в Башкортостане: сб. статей. Уфа: Гилем, 2001.-С. 298-301.198

49. Галимбеков А. Д. Механизм воздействия высокочастотного электромагнитного поля на химические реакции в многокомпонентных средах / Сб. Физико-химическая гидродинамика ч. 2.- Уфа, РИО БашГУ, 2004.-С.З-16.

50. Ковалева J1.A., Галимбеков А.Д. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на физико-химические процессы в многокомпонентных средах // Вестник Оренбургского государственного университета.- №1(26), Оренбург, 2004,- С.141-146.

51. Галимбеков А.Д. Воздействие высокочастотного электромагнитного поля на химические реакции в многокомпонентных средах // Журнал физической химии, -том 78, №9, 2004.- С. 1693-1697.

52. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред.-М.: ГИФ, 1959.-532 с.

53. Боа-Те-Чу. Термодинамика электропроводных движущихся сред // Сб.: Плазма в магнитном поле и прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.-М.: Госатомиздат, 1962.-С. 62-83.

54. Пономарев А.Н., Тарасенко В.А. Применение СВЧ излучения для стимулирования химических процессов. ЖФХО им. Менделеева, №1, 1973.-С. 11-23.

55. Пригожин И., Дефей Р. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966.-510 с.

56. Коровин Н.В. Общая химия: Учеб. для вузов. -М.: Высшая школа, 1998. -560 с.

57. Угай Я.Б. Общая и неорганическая химия: Учеб. для вузов. 2-е изд., испр. -М.: Высшая школа, 2000. 527 с.

58. Яворский Б. М., Детлаф A.A. Справочник по физике: 2-е изд., перераб. -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985.-С.340-342.199

59. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. Учебное руководство. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», М.: 1978. С.480-481.

60. Тамм И.Е. Основы теории электричества: Учеб. пособие для вузов. 10-е изд., испр. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989. - 504 с.

61. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Галимбеков А.Д., Хайдар A.M. Электрофизика нефтегазовых систем. Учебное пособие.- Уфа, 2003.186 с.

62. Саяхов Ф. Л. Исследование термо- и гидродинамических процессов в многофазных средах в высокочастотном электромагнитном поле применительно к нефтедобыче. Докторская диссертация. М., 1984.-449 с.

63. Саяхов Ф.Л., Хабибуллин И.Л., Ковалева Л.А. Фундаментальные и прикладные проблемы электромагнитных процессов в дисперсных системах / Физика в Башкортостане. Уфа, 1996.- С. 283-295.

64. Шульман З.П. и др. Электрореологический эффект-Минск: Наука и техника, 1972.-176 с.

65. Савиных Б.В., Зарипов Р.Н., Усманов А.Г. Влияние электрических полей на динамическую вязкость диэлектрических жидкостей. ИФЖ, 1983, т. XLV, №6.- С. 962-969.

66. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Хисматуллина Ф.С. Исследование распределения давления в насыщенной пористой среде в СВЧ электромагнитном поле / Межвузовский сборник физико-химическая гидродинамика. Уфа, 1995.-С. 93-101.

67. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Фатыхов М.А., Хисматуллина Ф.С. Изучение влияния поля на диффузионные процессы в насыщенных пористых средах // Электронная обработка материалов. №1, 1995. - С. 59-61.

68. Марон В.И., Полищук A.M. Зависимость коэффициента дисперсии от вязкости // Известия вузов. Нефть и газ., 1972, №6.- С. 55-57.200

69. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы): учебник для вузов. М.: Химия, 1982. - 400 с.

70. Покровский В.Н. Статическая механика разбавленных суспензий. М.: Высшая школа, 1978. - 136 с .

71. Шлиомис М.И. Эффективная вязкость магнитных суспензий // ЖЭТФ. -1971, т.61, вып. 61(12), С. 2411-2418.

72. Мозговой E.H., Блум Э.Я., Цеберс А.О. Течение ферромагнитной жидкости в магнитном поле // Магнитная гидродинамика. 1973, №1. - С. 61-.67.

73. Цеберс А.О. Течение дипольных жидкостей во внешних полях // Магнитная гидродинамика.-1974.-№4.-С. 3-18.

74. Суязов В.М. О несимметричной модели вязкой электромагнитной жидкости // ПМТФ. -1970, №2.-С. 12-20.

75. Шлиомис М.И. Нелинейные эффекты в суспензии ферромагнитных частиц при воздействии вращающегося магнитного поля. Док. АН СССР, Физика, 1974, т.218, №5.-С. 1071-1074.

76. Shliomis M.I., Morozov K.I. Negative viscosity of ferrofluid under alternating magnetic fluid, Phys. Fluids, 1994, v.6, №8, p. 2855-2861.

77. Bacri J.-C., Perzynski R., Shliomis M.I., Bürde G.I. «Negative-Viscosity» effect in a magnetic fluid // Phisical review letters, 1995, v.75, №11, p. 21282131.

78. Rozensweig Ronald E. «Negative-Viscosity» in a magnetic fluid // Science, 1996, v. 271, p. 614-615.

79. Галимбеков А. Д. Вязкость суспензий в высокочастотном электромагнитном поле. В межвуз. научн. сб. Электрификация сельского хозяйства. Выпуск 1, Изд. БИРО, Уфа, 1999.- С. 157-160.

80. Галимбеков А.Д. Исследование воздействия высокочастотного электромагнитного поля на вязкость суспензий. Межвузовский научный сборник. Электромагнитная физико-химическая гидродинамика. Уфа, 2000.- С. 95-99.201

81. F.L. Sayakhov, A.D. Galimbekov. Effective viscosity of suspensions in a high-frequency electromagnetic field. Magnetohydrodynamics, vol.37 (2001), no.4, pp. 404-409.

82. Саяхов Ф.Л., Галимбеков А.Д. Вязкость разбавленной суспензии в высокочастотном электромагнитном поле // ПМТФ, 2002, Т.43, № 6.-С. 156-159.

83. Галимбеков А.Д. Эффективная вязкость суспензий в высокочастотном электромагнитном поле. 13-я Зимняя школа семинар по механике сплошных сред / Аннотации докладов. Пермь 24 февраля-1 марта, 2003.-С. 96.

84. Галимбеков А.Д. Эффективная вязкость суспензии в высокочастотном электромагнитном поле // Вестник Башкирского университета. Уфа, 2004, №3.- С. 65-69.

85. Cowley M.D., Rosensweig R.E. J. Fluid Mech., 1967, 30, 4, 671.

86. Kaiser R, Miskolczy G. J. Appl. Phys., 1970, 41, 3, 1064.

87. Бибик E.E., Матыгуллин Б.Я., Райхер Ю.Л., Шлиомис М.И. // МГ, 1973, 1,68.

88. Thomas J. R. J. Appl. Phys., 37, 2914, 1966.

89. Neel L. Compt. Rend., 228, 664, 1949; Ann. Geophys, 5, 99, 1949.

90. Альфвен X. Космическая электродинамика. M., ИЛ, 1952

91. Альфвен X., Фельтхаммар Г. Космическая электродинамика. М. Мир. 1967

92. Шерклиф Дж. Курс магнитной гидродинамики. М.: Мир, 1967. -320с.

93. Куликовский А.Г., Любимов Г.А. Магнитная гидродинамика, М.: Физматгиз, 1962.-248 с.

94. Прист Э.Р. Солнечная магнитогидродинамика. 1985. М. Мир.

95. Бранновер Г. Г., Цинобер А.Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред,- М.: Наука, 1970. 380 с.202

96. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика. М.:: "Мир", 1989.-356с.

97. Хабибуллин И.Л., Назмутдинов Ф.Ф. Особенности динамики нагрева движущихся сред электромагнитным излучением // ИФЖ, 2000, т. 73, №5. -С.93 8-943.

98. Бахвалов Н.С. Численные методы. ч.1. М.: Наука, 1973. - 632 с.

99. Шлиомис М.И. К гидродинамике жидкости с внутренним вращением // ЖЭТФ. 1966, т.51, вып. 1(7).- С. 258-265.

100. Марценюк М.А., Райхер Ю.Л., Шлииомис М. И. К кинетике намагничивания суспензий ферромагнитных частиц. ЖЭТФ, 1973, т. 65, вып. 1(7).- С. 834-841.

101. Цеберс А. О. Межфазные напряжения в гидродинамике жидкостей с внутренними вращениями. МГ, 1975, №1.- С. 79-82.

102. Leal. L. G. J. Fluid Mech., 1971,46, 2, 395.

103. Майоров M. М., Цеберс А.О. МГ, 1974, 1, 78.

104. Покровский В.Н. Напряжения, вязкость и оптическая анизотропия движущейся суспензии жестких эллипсоидов // УФН, 1971, т. 105, вып. 4.- С. 625-641.

105. Покровский В.Н. Реология дисперсных систем и полимеров. Движение жестких эллипсоидов в потоке // Коллоидный журнал, 1967, т. XXIX, № 4.-С. 576-582.

106. Желнорович В. А. Об уравнениях для жидкостей с внутренним магнитным и механическим моментами // Изв. АН СССР, МЖГ, № 4, 1974.-С. 174-177.

107. Желнорович В. А. О ньютонианских уравнениях для жидкостей с внутренним магнитным и механическим моментами // Изв. АН СССР, МЖГ, №6, 1974.-С. 155-158.203

108. Neuringer J.L., Rosensweig R.E. Ferrohydrodynamics.- Phys. Fluids, 1964, v.7, №2.-pp.1927-1937.

109. Савиных Б.В., Дьяконов В.Г., Усманов А.Г. Влияние переменных электрических полей на коэффициент теплопроводности диэлектрических жидкостей //ИФЖ, 1981. т.51, №2.-С.269-76.

110. Гогосов В.В., Полянский В.А. и др. Уравнения электрогидродинамики и коэффициенты переноса в сильном электрическом поле. // Изв. АН СССР, МЖГ, 1969, №2.- С.31-45.

111. Гросу Ф.П., Болога М.К. Одномерные термоэлектродинамические течения слабопроводящей жидкости. МГ, 1974, №1.- С. 7-19.

112. Дебай П., Закк Г. Теория электрических свойств молекул. JI.-M.: ОНТИ, НКТП, 1936. - 144 с.

113. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики.-М.: Наука, 1977. 736 с.

114. Onsager L. Reciprocal relations in irreversible processes. Phys. Rev., 1931, V.37.-PP. 405-426

115. Condiff D. W., Dahler J. S. Fluid mechanical aspects of Antisymmetric stress. Phys. Fluid., 1964, v.7, №6, pp. 842-854.

116. Галимбеков А.Д. Исследование термо- и гидродинамических особенностей взаимодействия высокочастотных электромагнитных полей с полярными жидкостями. Канд. диссертация Уфа, 1997. - 121 с.

117. Журавлев В. А. Термодинамика необратимых процессов в задачах и решениях. М.: Наука, 1979.-136 с.

118. Седов Л.И., Цыпкин А.Г. О построении моделей сплошных сред, взаимодействующих с электромагнитным полем. //ПММ, Т.43, 1979.204

119. Тарапов И.Е., Жакин А.И., Иевлев И.И. Неравновесная термодинамика