Некоторые пристеночные и фильтрационные автомодельные течения с фазовыми переходами

Нурисламов, Олег Робертович

Некоторые пристеночные и фильтрационные автомодельные течения с фазовыми переходами тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Нурисламов, Олег Робертович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Уфа МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Некоторые пристеночные и фильтрационные автомодельные течения с фазовыми переходами»

Автореферат диссертации на тему "Некоторые пристеночные и фильтрационные автомодельные течения с фазовыми переходами"

На правах рукописи

НУРИСЛАМОВ ОЛЕГ РОБЕРТОВИЧ

НЕКОТОРЫЕ ПРИСТЕНОЧНЫЕ И ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ АВТОМОДЕЛЬНЫЕ ТЕЧЕНИЯ С ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

01.02.05 - Механика жидкости газа и плазмы

1 о ДЕК 2009

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Уфа 2009

003487504

Работа выполнена на кафедре прикладной математики и механики Бирской государственной социально-педагогической академии

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Шагапов Владислав Шайхулагзамович

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Хабибуллин Ильдус Лутфурахманович

кандидат физико-математических наук Киреев Виктор Николаевич

Ведущая организация:

Институт механики и машиностроения Казанского научного центра РАН

Защита состоится «24» декабря 2009 г. в 14 час на заседании диссертационного совета Д.212.013.09 в Башкирском государственном университете по адресу: 450074, г.Уфа, ул. 3. Валиди, 32, ауд. 216 физико-математического корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета по адресу: 450074, г. Уфа, ул. 3. Валиди, 32.

Автореферат разослан «23» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Ковалева Л.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема течения жидкости, сопровождаемое пристеночным вскипанием из-за гигантских тепловых нагрузок, приобретает все более нарастающий интерес. Это связано, прежде всего, с изучением механизмов, определяющих критические тепловые потоки в энергетических установках, а также с анализом условий безаварийной работы устройств, содержащих энергонапряженные элементы. Кроме того, в ряде случаев пристеночное кипение с образованием парового и газового подшипника представляет интерес с точки зрения снижения гидродинамического сопротивления. Такие ситуации возможны, в частности, при фильтрационном течении кипящих и газонасыщенных жидкостей.

В связи с проблемой разработки безопасных и экономичных способов консервации природных газов, а также в целях уменьшения объема парниковых газов и их последующего безопасного захоронения рядом исследователей предлагается подземная газогидратная консервация данных газов. Дело в том, что в газогидратном состоянии одну и ту же массу газа можно хранить при гораздо меньших давлениях и объемах. Однако, гидратообразование является медленным процессом. Для интенсификации процесса образования гидрата необходимо создавать условия, реализующие высокие удельные площади контакта газа и жидкости. Такие благоприятные условия создаются в пористых средах, где площади контакта принимают огромные значения. Благодаря тому, что равновесная температура фазовых переходов для газогидратов довольно сильно зависит от давления, образование и разложение газ о гидратов при воздействии на пористые среды тепловыми и силовыми полями возможно как по фронтальной поверхности, так и в объеме.

Цели работы. Для разработки научных основ технологических процессов, сопровождаемые пристеночными и фильтрационными течениями с фазовыми переходами, расширяющих теоретические представления о теплофизических и гидродинамических особенностях процессов перед настоящей работой поставлены следующие цели:

- построить и развить теоретические модели пристеночного и фильтрационного течений, сопровождаемые фазовыми переходами;

- проанализировать влияние интенсивности теплового воздействия и интенсивности инжекции газа на динамику гидродинамических и температурных полей в пристеночном слое и в пористой среде.

Научная новизна заключается в следующем:

- решены автомодельные задачи об обтекании стенки жидкостью со вскипанием и вдувом газа и о закачке холодного газа в пористую среду, насыщенную газом и водой; построены аналитические решения данных задач, описывающие распределения основных параметров;

- установлено влияние температуры, интенсивности и состава инжектируемой парогазовой смеси на образование парогазовой прослойки и на величины коэффициентов гегшопгредачн и сопротивления;

- показано, что при инжекции холодного газа в пористую среду, насыщенную газом и водой, возможны различные режимы образования газогидрата, соответствующие формированию, как фронтальной поверхности, так и объемной области фазовых переходов;

- получены критические условия, разделяющие разные режимы образования газогидрата.

Практическая ценность. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при разработке научных основ технологий хранения и консервации газа в пористых структурах, а также при разработке методов снижения лобового сопротивления и анализа безаварийной работы технологических устройств. Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях и научных школах:

- IV Региональная научно-методическая конференция «ЭВТ в обучении и

моделировании» (Бирск, 2005);

- Мавлютовкие чтения: Российская научно-техническая конференция, по-

священная 80-летию со дня рождения чл.-корр. РАН Р.Р.Мавлютова (Уфа, 2006);

- IX Всероссийский теоретический съезд по теоретической и прикладной

механике (Нижний Новгород, 2006);

- «VI Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и моло-

дых ученых по математике, физике и химии» (Уфа, 2006);

- 15-ая Зимняя школа по механике сплошных сред (Пермь, 2007);

- Тринадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и

молодых ученых (ВКНСФ-13) (Ростов-на-Дону, 2007);

- VI Всероссийская научно-практическая конференция «ЭВТ в обучении и

моделировании» (Бирск, 2007);

- Всероссийская конференция «Механика и химическая физика сплошных

сред» (26-28 июня, Бирск, 2007);

- Всероссийская школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых

ученых «фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2007);

- Четырнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и

молодых ученых (ВКНСФ-14) (Уфа, 2008);

- Всероссийской научно-практической конференции «Обратные задачи в

приложениях», (Бирск, 2008);

- Всероссийской научно-практической конференции «Обратные задачи л.

приложениях», 19-20 июня 2008г. БирГСПА;

- Семинар «Проблемы математики в промышленности и экономике» 30-31

октября г. Бирск, 2008г.;

- Пятнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и

молодых ученых (ВКНСФ-15) (Кемерово-Томск, 2009).

Кроме того, результаты работы докладывались на семинарах проблемной лаборатории математического моделирования и механики сплошных сред под руководством профессора С.М. Усманова и В.Ш. Шагапова. Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 16 работах, в том числе, 1 научная статья в списке журналов, рекомендованных ВАК РФ. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 119 страницах и включает 30 рисунков. Список литературы состоит из 133 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, отмечена научная новизна, сформулированы цели и основные задачи исследования, кратко изложена структура диссертации.

В первой главе приведен обзор работ, посвященных исследованиям пристеночных и фильтрационных течений с фазовыми переходами.

В п. 1.1 кратко приведены основные допущения и уравнения теории ламинарного пограничного слоя.

В п. 1.2 затронуты вопросы, связанные с исследованиями пограничного слоя, методам расчета и управления, а также устойчивости пограничного слоя.

В п. 1.3 кратко приведены основные сведения о газогидратах и районах залегания газогидратов во всем мире.

В п. 1.4 выполнен обзор исследований, посвященных исследованию свойств, строения газогидратов и их роли в природных процессах.

В п. 1.5 приведен обзор исследований, посвященные описанию методов и способов образования и разложения газогидратов в пористых структурах.

Во второй главе рассмотрены классические модельные задачи о пограничном слое для обтекания стенки жидкостью с учетом пристеночного вскипания жидкости и вдува парогазовой смеси с ее поверхности.

В п. 2.1 рассмотрена задача об обтекании стенки, сопровождаемое вскипанием. Приведена полная система уравнений, записанные в рамках теории пограничного слоя, описывающие обтекание стенки со вскипанием. На основе допущений о том, что кинематическая вязкость пара значительно выше, чем для жидкого состояния получены аналитические решения, исходя из которых приведены оценки характерных значений толщины парового слоя, величины коэффициента теплопередачи в зависимости от температур жидкости, а также скорости обтекания. Кроме того, анализирована проблема снижения гидродинамического сопротивления за счет паровой «смазки» из-за вскипания жидкости. Показана возмож-

ность организации паровой пленки только за счет тепла, выделяющегося за счет трения между слоями жидкости, при обтекании жидкостью, находящейся в точке кипения. Проведен анализ аналитических решений и сравнение с расчетными данными.

На рис. 1 представлена схема обтекания стенки, сопровождаемое вскипанием. Плоская стенка, температура которой Т , выше температуры кипения воды Т1 (7, >Т/) и температуры окружающей среды Т0 (Ти, > Т0) обтекается потоком жидкости со скоростью и , направленной по оси х Вследствие того, что температура стенки выше температуры кипения жидкости образуются две зоны: зона течения пара вблизи стенки и зона течения жидкости. Течение считается установившимся. Решения строились в пренебрежении зависимости плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости сред от температуры.

ЙЙЯ \

■ йяа .а ¡а

а ? |

Рис. 1. Схема пристеночного течения жидкости, сопровождаемого вскипанием

Основные уравнения для стационарного течения пара и жидкости в пограничном слое при обтекании плоской полубесконечной стенки имеют вид:

^З-О,

дх ду

( ди, ди, А и, + Ч — I - А-'{' дх ' ду ) ' ду2

д2и.

(1) •

дТ. дТ} р,с, I и,—- + ц—-' " ' дх ' ду

, 9 7] ду

ди, ^ ¥

где рп 7], г/;, ц - соответственно плотность, температура, горизонтальные и вертикальные составляющие скорости; //, и X. - динамическая вязкость и коэффициент теплопроводности. Нижний индекс ¡ = < и и относится к жидкости и паРУ-

Полагаем, что на поверхности стенка (х > 0, у = 0) происходит «прилипание» частиц пара:

ии-°и~ Ти=Т„. (2)

Если поверхность стенки теплоизолирована, то вместо второго условия из (2) следует принять

ду

Вдали от стенки (_у —» оо) выполняются условия:

тс =Т0. (3)

На фанице фазовых переходов должны выполняться:

- условие сохранение массы:

= ~Р,и<„ = У. (4)

где ит, и(п - нормальные к поверхности фазовых переходов составляющие скорости, у" - интенсивность испарения, отнесенная к единице площадки межфазной поверхности;

- условие непрерывности горизонтальных составляющих скоростей и касательных напряжений:

дии ди,

чи=Щ, — = (5)

ду ду

условие непрерывности температуры и условие теплового баланса:

Та=Т(=Т„ + = (6)

ду ду

где Ь - скрытая теплота парообразования жидкости.

Сформулированная задача является автомодельной. Автомодельная и безразмерные переменные введены в виде:

(7)

е г ^щ/и' ' г0'

Кроме того, введем функцию тока ^f/i такую, что

> и, -—^

ду ох

которая, в свою очередь, представляется в виде

г,=>/5^ •?,(<?) о=»><) (9)

В автомодельных переменных в предположении, что кинематическая вязкость пара значительно выше, чем для жидкого состояния получены аналитические решения для области течения пара и жидкости в виде

( £ V £

и; ^ (10)

Граница £ при этом находится исходя из следующего выражения:

У?Т„

1 +

-1

Если же жидкость находится при точке кипения вг=\ (Т, = Тй), то

*Рг„

Для скорости стенки получено выражение

2 \MtPt

(П)

(12)

(13)

когда сопротивление стенки будет определяться слоем пара, образованным только за счет тепла из-за вязкого трения.

Для коэффициента снижения теплопередачи и сил сопротивления в автомодельных переменных получены выражения

2 4>ш

(14)

На рис. 2 проиллюстрирована зависимость коэффициентов снижения теплопередачи а и сопротивления Р от температуры жидкости. С повышением температуры воды доля тепла, отводимая в жидкость для ее нагрева, уменьшается, а доля тепла, которая идет на парообразование увеличивается. Это сопровождается увеличением толщины парового слоя, что приводит к уменьшению сопротивления и теплопередачи. Значительное снижение теплопередачи и сопротивления (в десятки раз) происходит только с приближением температуры жидкости к температуре кипения.

р а

30 т

10-

300

т,,к

Рис. 2. Зависимость коэффициентов снижения теплопередачи (пунктирная кривая) и сил сопротивления (сплошная кривая) от температуры воды

Зависимости коэффициентов а и Р от температуры стенки Ти для разных температур воды приведены на рис. 3. Показано, что теплопередача и сопротивление в случае холодной воды (например, 293 К) даже при значительном повышении температуры стенки (порядка на 20 К) изменяется незначительно (порядка на 10-20%). В то время как для воды, находящейся при точке кипения, наблюдается заметное снижение сопротивления и теплопередачи (в десятки раз).

(а) (б)

Рис. 3. Зависимость коэффициентов снижения сил сопротивления (а) и теплопередачи (б) от температуры стенки

Возможность кризиса сопротивления за счет парообразования только за счет вязкого трения в пограничном слое иллюстрируются на рис. 4. Видно, что при достижении скорости значения и я 10 м/с происходит заметное снижение сопротивления пластины. В частности, при скорости пластины I! = 40 м/с величина снижения сопротивления достигает до четырех.

Рис. 4. Зависимость коэффициентов снижения силы сопротивления при образовании парового слоя только за счет сил вязкостного трения в пограничном слое

В л. 2.2 рассмотрена задача об обтекании стенки со вдувом парогазовой смеси. В отличие от предыдущей задачи система уравнений дополняется уравнением диффузии для пара и газа. Также построены аналитические решения. Проанализирована зависимость теплопередачи и сил сопротивления от температуры среды и от параметров вдуваемой парогазовой смеси. Проведен анализ аналитических решений и сравнение с расчетными данными.

На рис. 5 изображена схема обтекания стенки с образованием парогазовой прослойки. Течение считается установившимся. В расчетах пренебрегаются зависимостью плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости сред от температуры.

УЛ

дк п д2к

и{0) = и

где

и ' ки

Рис. 5. Схема течения жидкости с пристеночным вдувом парогазовой смеси

Для данной задачи система уравнений (1) дополняется уравнением диффузии для пара и газа:

дк„

ду

Граничные условия на поверхности стенки дополняются условиями

ду

(15)

(16)

- концентрация пара и скорость вдуваемой парогазовой смеси,

ки0, и ^ - концентрация пара и скорость парогазовой смеси на поверхности

стенки. Первое условие в (16) соответствует закону Фика и учитывает диффузию пара и газа на поверхности стенки.

Для автомодельности решения необходимо, чтобы скорость вдува удовлетворяла условию:

1 (17)

(0)

Вводятся автомодельные переменные по формулам (7) - (9).

В расчетах в качестве жидкости примем воду, а в качестве газа - воздух. Результаты получены для обтекания стенки со скоростью и = 1 м/с при значении давления р = 0.1 МПа.

На рис. 6 представлены зависимости коэффициентов снижения сил сопротивления и теплопередачи от температуры воды при вдуве «сухого» газа с тем- ,

пературой Тн = 383 К. Для безразмерного параметра, определяющего интенсивность вдува, принято <р^0 = -10"' (при этом средняя скорость вдува с поверхности стенки длины Ь = 1 м и ширины а = I м составляет = - КГ4 м/с). С ростом

температуры воды растет и интенсивность испарения. Вследствие этого происходит увеличение толщины парогазового слоя, сопровождающаяся снижением сил сопротивления и интенсивности теплопередачи. При этом наиболее сильный эффект снижения сопротивления и теплопередачи наблюдается при температуре жидкости близкой к температуре кипения.

г а,10г

Рис. б. Зависимость коэффициентов снижения сил сопротивления (сплошная кривая) и теплопередачи (пунктирная кривая) от температуры воды (Тп. = 383 К)

На рис. 7 иллюстрируются зависимость распределения температур вблизи стенки и зависимости коэффициентов снижения сил сопротивления и теплопередачи от массового паросодержания во вдуваемой парогазовой смеси (<ри0 =-10"', Т0 =373 К и Тк =383 К). Видно, что с уменьшением концентрации пара во вдуваемой парогазовой смеси возникает температурная «яма». Этот факт объясняется интенсивным испарением с фазовой поверхности. Тепла, подводимого с поверхности стенки, оказывается недостаточно, тепло отбирается от самой жидкости, что ведет к охлаждению воды вблизи фазовой границы. Вдув «сухого» газа по сравнению со вдувом «сухого» пара с точки зрения снижения сопротивления и теплопередачи является выигрышным. Для рассмотренного случая отличие составляет порядка 3 раз.

(а)

(б)

5-.

3- О4!»

1- -А»

Рис. 7. Влияние паросодержания во вдуваемой парогазовой смеси на поле температур (а) и на значения коэффициентов снижения сил сопротивления (сплошная кривая) и теплопередачи (пунктирная кривая) (б)

Зависимость коэффициентов снижения сопротивления и теплопередачи от температуры вдуваемого газа и ее влияние на поле температур проиллюстрировано на рис. 8 показано (Т0 = 293 К, <ри$0 = -10"' ). Из этих графиков следует, что

толщина парогазового слоя и температура на межфазной поверхности слабо зависят от температуры вдуваемого газа. Это связано с тем, что в случае «холодной» жидкости малая доля тепла, подводимая с стенки, затрачивается на образование пара на межфазной границе (основное тепло отводится в жидкость). Поэтому сопротивление и теплопередача практически остаются неизменными, (а) (б)

т. к

Рис. 8. Влияние температуры вдуваемой парогазовой смеси на поле температур (а) и на величины коэффициентов снижения сил сопротивления (сплошная кривая) и теплопередачи (пунктирная кривая) (б)

В третьей главе рассмотрена автомодельная задача об образовании газогидрата при нагнетании газа в пористую среду, насыщенную газом и водой. Построены аналитические решения плоскосимметричной задачи, описывающие распределения основных параметров в пласте. Установлены основные законо-

мерности образования газогидратов в пористых средах при нагнетании газа в зависимости от температуры закачиваемого газа, а также интенсивности закачки газа. Показано, что при нагнетании газа в пористую среду, насыщенную газом и водой возможны четыре различных режима нагнетания. Исследованы критические условия, разделяющие разные режимы нагнетания газа.

Для описания процессов тепломассопереноса при закачке газа в пористый пласт приняты следующие допущения. Процесс однотемпературный, т.е. температуры пористой среды и насыщающего вещества (газа, гидрата или воды) совпадают. Гидрат является двухкомпонентной системой с массовой концентрацией газа С. Кроме того, скелет пористой среды, газогидрат и вода несжимаемы и неподвижны, пористость постоянна, газ является калорически совершенным.

На рис. 9 представлена схема нагнетания газа в пористую среду с образованием газогидрата. При нагнетании газа в пористом пласте в общем случае могут возникнуть три характерные области. В области, находящейся вблизи границы х = О, поры заполнены газом и гидратом или газом и водой. Во второй (промежуточной) области происходит образование газогидрата, поэтому здесь поры заполнены газом, водой и гидратом. В третьей (дальней) области присутствуют газ и вода.

►Г " ■ ■

* р Не 1 ГАЗ » + Те ГИДРАТ С 1 * в ГАЗ 8 1 ВОДА ГИДРАТ ГАЗ «КРо ЭКу * -¿§ ВОДА ...То

0 х,п\ Хгл

Рис.9. Схема нагнетания газа в пористую среду с образованием газогидрата

Основные уравнения, описывающие процесс нагнетания газа с образова-] нием газогидрата, имеют вид:

»-Ж.

) дТ „ дТ д{чдГ) , дБ, (18)

5/ 8 дх дх V дх) дг

1Г _ „ ^

рс = ( 1 -т)рлсл + т X $}Р,с1, Я = (1 -т)Л!к +и 2, , ^ + 5С + = 1 ч •/=«.'.* у

где т - пористость, р - давление, Г-температура, р1 и Б] - истинная плотность

и насыщенность пор ] -ой фазой (у = $-к, А, {,); индексы g, С, И и II относят-

ся к параметрам газа, воды, гидрата и скелета пористой среды соответственно; ug , kg и fig - скорость, проницаемость и динамическая вязкость газовой фазы;

Lh - удельная теплота гидратообразования; су и Лу - удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности фаз; рс и Л - удельная объемная теплоемкость и коэффициент теплопроводности системы. Поскольку в большинстве случаев теплопроводность и теплоемкость пласта определяются пористым скелетом, переменностью коэффициента температуропроводности будем пренебрегать. Поскольку вязкость газа ng значительно меньше вязкости воды, здесь допускается,

что жидкость неподвижна (и( = 0) .

Зависимость коэффициента проницаемости для газа к от «живой» пористости mS задается на основе формулы Козейни

Значения температуры и давления в области образования гидрата связаны условием фазового равновесия

где Т0 — исходная температура системы, рл - равновесное давление, соответствующее исходной температуре, Т, - эмпирический параметр, зависящий от вида газогидрата.

На границах областей должны выполняться условия баланса массы и тепла:

Здесь \yy\~ скачок параметра у/ на границе х-х(п (/ = п,с1) между областями; хи) - скорость движения этой границы; / = п - относится к границе между ближней и промежуточной областями, / = с1 - относится к границе между промежуточной и дальней областями.

Полагается, что пласт в начальный момент времени насыщен газом и водой, давление р0 и температура Т0 которых в исходном состоянии соответствуют термодинамическим условиям существования их в свободном состоянии и изначально одинаковы во всем пласте. Эти условия могут быть записаны следующим образом:

(19)

(20)

[m(S;,A(l-G) + S/P/)x((,]=0,

/ = 0: =1-5,0, = 0), Т=--Т„, р-^р0 (х>0) (22)

Через фаницу х = 0 закачивается газ (одноименный исходному) с температурой Те при постоянном давлении ре. Тогда граничное условие имеет вид:

х = 0: Т = ТГ, р = ре (/>0) (23)

Вводится автомодельная переменная введена виде

' л/к<п/ '

(24)

где К(Г> ---температуропроводность пласта.

рс

Используя метод линеаризации Лейбензона в автомодельных переменных для безразмерных давления Р = р/р0 и температуры в-Т\Та в ближней и дальней областях построены аналитические решения: при 0 < £ < §(п):

Р1 = С + [Р? Ф^/Ф^ЧО), в = 0{и) -З^Ф^Ю/Ф^СО)

= (£) = ехр

(25)

' <г2

при #(«<) < £ < 00 :

= ехр

V 477(")

' Г «с^

(26)

где

К'/'

л -

'<0 ~ ^(Г) ' "(')

' "(-) - ; > ^с» — ^ » % "с5!«' \}-п,а)

Л р

0(О=1 + 6>1п(/у/>уа), 0. =Г,/Г0, Ргв=рл/р0, Решение для промежуточной области в автомодельных переменных имеет вид:

рЛ. '2(1$ 77("" ^

к,

К(Г)

Когда можно пренебречь переменностью и полагая также в (27) 0 = 1, получается линеаризованное по Лейбензону решение

р2(#«.,),

1 ^(м) (I) = еХР

(•о;

(28)

где и Р некоторые средние значения газонасыщенности и безразмерного давления в промежуточной области < Р < Р{п)).

На рис. 10 проиллюстрированы четыре режима нагнетания газа. Первый режим соответствует отсутствию гидратообразования; при втором - гидратооб-разование полностью происходит на фронтальной границе; третий - с образованием протяженной области с фазовыми переходами. Следовательно, второй режим можно рассматривать как предельная ситуация для третьего режима, когда промежуточная область вырождается в поверхность (х(п) = хЫ) = х(!)) фазового

перехода. Четвертый режим - в ближней области гидрат отсутствует, гидрат образуется в промежуточной области.

Р. Рй 9

Рис.10. Иллюстрация четырех режимов нагнетания газа в пористую среду

На рис. 11 представлены картины полей давления, температуры и гидрато-насыщенности по мере роста граничного давления рс. Для исходного состояния влажной пористой среды полагалось: р0= 4 МПа, Г0 = 280 К, 5(0 = 0.5. Для тем-

пературы нагнетаемого газа принято Т{ = 278 К. Числа на кривых соответствуют значениям граничного давления, выраженные в МПа. Для рс = 4.4 МПа, когда начение граничного давления ниже, чем р^ ( р^ ~ 4.5 МПа), образование га-огидрата в пористой среде не происходит. Для линии 5 реализуется фронтальный режим фазового перехода. Начиная с некоторого значения ре = р™ р12) «5.5 МПа) образование газогидрата происходит в объемной зоне. Такие ешения соответствуют ре = 12 МПа и 20 МПа. Между этими двумя решениями меется принципиальное отличие. Если для решений, соответствующих ре = 12 МПа на границе £ = £(п) гидратонасыщенность терпит скачок, то для ре-

ения ре = 20 МПа скачка нет. Характерное значение давления ре = р(е3), когда тот скачок исчезает, определяется соотношением

РЛ

У = »5«

рсТХ\-С)

(29)

р, МПа 10

Г. К

290

12 ).МПг'(

4 .4

0.75 Ж

0.25

оро

—к^ 20

4.4. 5

-к?^ \

20 12

| 4.4

/ 12

0 4.4.5

5 12

! 4.4

200 400 600 0 2 4 ¿<

ис. 11. Иллюстрация влияния давления нагнетания на режимы закачки

На рис.12 иллюстрируется влияние исходной водонасыщенности порис-ой среды на величину максимальной температуры, которая может реализовать-

ся в пористой среде. Таким образом, из-за гидратообразования в объемных областях, нагнетаемый во влажную пористую среду, газ становится своеобразным теплоносителем. Хотя при этом его температура может быть ниже исходной

Рис.12. Влияние давление нагнетания на максимальную температуру, реализуемую в пористой среде

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе теоретически изучено обтекание стенки, сопровождаемое вскипанием и вдувом парогазовой смеси, а также разложение газогидрата в пористой среде. Анализированы различные режимы в зависимости от значений управляемых параметров и параметров среды. По результатам исследований могут быть сделаны следующие выводы:

1. Установлено, что в случае холодной жидкости повышение температуры стенки практически не сказывается на теплопередаче и сопротивлении. Наиболее выгодным в этом случае, с точки зрения снижения теплопередачи и сопротивления, является вдув «сухого» газа. Вдув «сухого» газа даже с небольшими интен-сивностями (со средними скоростями - 0.1-1 мм/с) уменьшает сопротивление и теплопередачу в десятки раз.

2. Показано, что для среды, находящаяся при точке кипения, наблюдается сильная зависимость от температуры стенки, от паросодержания и интенсивности вдува. Кроме того, показана возможность при вдуве газа образование температурных «ям». Этот факт объясняется интенсивным испарением жидкости с межфазной поверхности. Тепла, подводимого с поверхности стенки, оказывается недостаточно, поэтому тепло отбирается и от самой жидкости.

3. Показана возможность организации паровой пленки только за счет тепла, выделяющегося за счет трения между слоями жидкости, при обтекании жидкостью, находящейся в точке кипения.

4. Установлено, что нагнетание газа во влажную пористую среду может происходить в четырех режимах. Для двух режимов образования гидрата происходит в объемных областях. При этом, в зависимости от температуры закачиваемого газа, в ближней области могут присутствовать только газ и гидрат или газ и

вода. Для остальных режимов нагнетание газа будет сопровождаться с образованием гидрата только на фронтальной границе или же без гидратообразования вообще.

5. Показано, что гидратообразование в объемной области протекает с повышением температуры пористой среды. Температура среды может подниматься выше исходной температуры на десятки градусов, хотя при этом температура нагнетаемого газа может быть ниже исходной температуры. Режимы с наиболее сильным нагревом реализуются при высоких давлениях нагнетания (порядка 2030 МП а) и больших значениях исходной водонасыщенности. Так для исходной водонасыщенности 0.7 повышение температуры среды достигает порядка 16 градусов. Таким образом, из-за гидратообразования в объемных областях, нагнетаемый во влажную пористую среду, газ становится своеобразным теплоносителем.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИС;СЕРТАЦИИ

1. Нурисламов О. Р., Шагапов В. Ш. Нагнетание газа во влажную пористую среду с образованием газогидрата // Прикладная математика и механика. Т.76. Вып. 5,2009. Стр. 809-823.

2. Нурисламов O.P., Шагапов В.111. Об обтекании пластинки жидкостью, сопровождаемое вскипанием вблизи ее поверхности. // ЭВТ в обучении и моделировании. Сб. научных трудов. IV региональная научно-методическая конференция, Бирск, 2005. С. 73-76.

3. Нурисламов O.P., Насырова JI.A. Об одном автомодельном пристеночном течении с фазовыми переходами. // Мавлютовские чтения. Механика жидкости и газа. Уфа. 2006. Т.4.

4. Насырова J1.A., Нурисламов O.P., Шагиева Ф.И. Некоторые автомодельные фильтрационные и пристеночные течения с фазовыми переходами. // IX Всероссийский теоретический съезд по теоретической и прикладной механике. Аннотации докладов. Т.П. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета им. Н.ИЛобачевского, 2006. С. 137.

5. Нурисламов O.P., Шагапов В.Ш. Об одном автомодельном решении пристеночного течения с фазовым переходом. // Наука и образование. Под ред. С.М. Усманова и Ю.П. Правдина. Бирск, 2006. С. 27-31.

6. Нурисламов O.P., Шагапов В.Ш. Обтекание пластины жидкостью, сопровождаемое вскипанием. // «VI Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии». Уфа, 2006.

7. Нурисламов O.P., Шагапов В.Ш. О возможности кризиса сопротивления при обтекании пластинки. // Наука в школе и вузе: Материалы научной конференции аспирантов и студентов. Под общ. ред. Ш.Г. Зиятдинова. Бирск, 2006.

8. Нурисламов O.P. О возможности снижения сопротивления пластины, движущейся в жидкости посредством организации вскипания вблизи ее

поверхности. // Сб. трудов XV Зимней школы по механике сплошных сред, Пермь, 2007.

9. Нурисламов O.P., Шагапов В.Ш. Обтекание пластины жидкостью со вдувом горячей парогазовой смеси с ее поверхности // Сборник тезисов, материалы Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-13, Ростов-на-Дону, Таганрог): Материалы конференции, тезисы докладов: Т.1 - Екатеринбург - Ростов-на-Дону - Таганрог: издательство АСФ России, 2007. Стр. 598-599.

10. Нурисламов O.P., Шагапов В.Ш. Численное моделирование обтекания пластины жидкостью, сопровождаемое вдувом горячей парогазовой смеси с ее поверхности. // ЭВТ в обучении и моделировании: Сборник научных трудов. Отв. ред. С.М.Усманов. VI региональная научно-методическая конференция». Бирск, 2007.

11. Нурисламов O.P. Обтекание стенки, сопровождаемое вдувом горячей парогазовой смеси // Труды Института механики УНЦ РАН. Вып. 6. / Под ред. С.Ф. Урманчеева, C.B. Хабирова. - Уфа: Нефтегазовое дело, 2008. Стр. 132-136.

12. Нурисламов O.P. Модель обтекания пластины, сопровождаемого вдувом парогазовой смеси // Всероссийская школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании». Математика. Т.2. — Уфа: РИЦ БашГУ, 2008. Стр. 221-231.

13. Нурисламов O.P. Образование газогидрата во влажной пористой среде при инжекции холодного газа // Сборник тезисов, материалы Четырнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-14, Уфа): материалы конференции, тезисы докладов: Т.1 - Екатеринбург-Уфа: издательство АСФ России, 2008. Стр. 521.

14. Нурисламов O.P., Шагапов В.Ш. Управление нагревом влажной пористой среды при нагнетании газа. // Обратные задачи в приложениях Сборник статей научно-практической конференции. - Бирск; БирГСПА, 2008. Стр. 247-251.

15. Нурисламов O.P. Влияние давления и температуры нагнетаемого газа на режимы образования газогидрата во влажной пористой среде (ВНКСФ-15, Кемерово-Томск): материалы конференции, тезисы докладов: Т.1 -Екатеринбург-Кемерово: издательство АСФ России, 2009. Стр. 617.

16. Шагапов В.Ш., Нурисламов O.P. Об обтекании пластины жидкостью со вскипанием и вдувом газа // Теплофизика высоких температур (принята в печать).

Нурисламов Олег Робертович

ПРИСТЕНОЧНЫЕ Н ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ТЕЧЕНИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Лицензия на полиграфическую деятельность 002037 от 08 ноября 2001 года, выданная Поволжским межрегиональным территориальным управлением Министерства Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций

Подписано в печать 19.11.2009 г. Гарнитура «Times». Печать на ризографе с оригинала. Формат 60x841/16. Усл.-печ.л. 1,45. Уч.-изд.л. 1,16. Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 277. Цена договорная.

452453, Республика Башкортостан, г. Бирск, ул. Интернациональная, д. 10. ГОУ ВПО «Бирская государственная социально-педагогическая академия» Отдел множительной техники БирГСПА

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Нурисламов, Олег Робертович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСВЯЩЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯМ ПРИСТЕНОЧНОГО И ФИЛЬТРАЦИОННОГО ТЕЧЕНИЙ.

1.1. Теория пограничного слоя.

1.2. Анализ литературы, посвященный исследованиям пограничных слоев, методам расчета и способам управления пограничными слоями.

1.3. Общие сведения о газогидратах.

1.4. Исследования, посвященные изучению свойств, строения газогидратов и их роли в природных процессах.

1.5. Исследования, посвященные описанию методов и способов образования и разложения газогидратов в пористых структурах.

Выводы по главе.

ГЛАВА II. НЕКОТОРЫЕ АВТОМОДЕЛЬНЫЕ ПРИСТЕНОЧНЫЕ ТЕЧЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЕМЫЕ ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ.

2.1 Пристеночное течение жидкости, сопровождаемое вскипанием.

2.1.1 Постановка задачи и основные уравнения.

2.1.2 Аналитические решения. а) случай нагретой стенки. б) случай теплоизолированной стенки.

2.1.3 Коэффициент снижения теплопередачи.

2.1.4 О снижении сопротивления трения.

2.1.5 Результаты численных расчетов.

2.1.6 Анализ аналитических решений.

Выводы по главе.

2.2 Пристеночное течение, сопровождаемое вдувом горячей парогазовой смеси.

2.2.1 Постановка задачи и основные уравнения.

2.2.2 Аналитические решения.

2.2.3 Коэффициент снижения теплопередачи.

2.2.4 О снижении сопротивления трения.

2.2.5 Результаты численных расчетов.

2.2.6 Анализ аналитических решений.

Выводы по главе.

ГЛАВА III. ОБРАЗОВАНИЕ ГАЗОГИДРАТА ПРИ НАГНЕТАНИИ ГАЗА ВО ВЛАЖНУЮ ПОРИСТУЮ СРЕДУ.

2.1 Основные уравнения.

2.2 Постановка задачи.

2.3 Решения в ближней и дальней областях.

2.4 Уравнение пьезопроводности в промежуточной области.

2.5 Решение в промежуточной области.

2.6 Результаты расчетов.

Выводы по главе.

Введение диссертация по механике, на тему "Некоторые пристеночные и фильтрационные автомодельные течения с фазовыми переходами"

Актуальность. Проблема течения жидкости, сопровождаемое пристеночным вскипанием из-за гигантских тепловых нагрузок, приобретает все более нарастающий интерес. Это связано, прежде всего, с изучением механизмов, определяющих критические тепловые потоки в энергетических установках, а также с анализом условий безаварийной работы устройств, содержащих энергонапряженные элементы. Кроме того, в ряде случаев пристеночное кипение с образованием парового и газового подшипника представляет интерес с точки зрения снижения гидродинамического сопротивления. Такие ситуации возможны, в частности, при фильтрационном течении кипящих и газонасыщенных жидкостей.

В связи с проблемой разработки безопасных и экономичных способов консервации природных газов, а также в целях уменьшения объема парниковых газов и их последующего безопасного захоронения рядом исследователей предлагается подземная газогидратная консервация данных газов. Дело в том, что в газогидратном состоянии одну и ту же массу газа можно хранить при гораздо меньших давлениях и объемах. Однако, гидратообразование является медленным процессом. Для интенсификации процесса образования гидрата необходимо создавать условия, реализующие высокие удельные площади контакта газа и жидкости. Такие благоприятные условия создаются в пористых средах, где площади контакта принимают огромные значения. Благодаря тому, что равновесная температура фазовых переходов для газогидратов довольно сильно зависит от давления, образование и разложение газогидратов при воздействии на пористые среды тепловыми и силовыми полями возможно как по фронтальной поверхности, так и в объеме. Цели работы. Для разработки научных основ технологических процессов, сопровождаемые пристеночными и фильтрационными течениями с фазовыми переходами, расширяющих теоретические представления о теплофизических и гидродинамических особенностях процессов перед настоящей работой поставлены следующие цели:

• построить и развить теоретические модели пристеночного и фильтрационного течений, сопровождаемые фазовыми переходами;

• проанализировать влияние интенсивности теплового воздействия и интенсивности инжекции газа на динамику гидродинамических и температурных полей в пристеночном слое и в пористой среде.

Научная новизна заключается в следующем:

- установлено влияние температуры, интенсивности и состава инжектируемой парогазовой смеси на образование парогазовой прослойки и на величины коэффициентов теплопередачи и сопротивления;

- получены критические условия, разделяющие разные режимы образования газогидрата.

Достоверность результатов диссертации основана на использовании фундаментальных уравнений теории ламинарного пограничного слоя и теории фильтрации многофазных систем, корректной теоретической постановкой задач, а также получением решений, непротиворечащих общим гидродинамическим и термодинамическим представлениям и согласующихся в некоторых частных случаях с результатами других исследователей. Практическая ценность. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при разработке научных основ технологий хранения и консервации газа в пористых структурах, а также при разработке методов снижения лобового сопротивления и анализа безаварийной работы технологических устройств.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях и научных школах:

- IV Региональная научно-методическая конференция «ЭВТ в обучении и моделировании» (Бирск, 2005);

- Мавлютовкие чтения: Российская научно-техническая конференция, посвященная 80-летию со дня рождения чл.-корр. РАН Р.Р.Мавлютова (Уфа, 2006);

- IX Всероссийский теоретический съезд по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, 2006);

- «VI Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии» (Уфа, 2006);

- 15-ая Зимняя школа по механике сплошных сред (Пермь, 2007);

- Тринадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВКНСФ-13) (Ростов-на-Дону, 2007);

- VI Всероссийская научно-практическая конференция «ЭВТ в обучении и моделировании» (Бирск, 2007);

- Всероссийская конференция «Механика и химическая физика сплошных сред» (26-28 июня, Бирск, 2007);

- Всероссийская школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых «фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2007);

- Четырнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВКНСФ-14) (Уфа, 2008);

- Всероссийской научно-практической конференции «Обратные задачи в приложениях», (Бирск, 2008).

- Всероссийской научно-практической конференции «Обратные задачи в приложениях», 19-20 июня 2008г. БирГСПА.

- Семинар «Проблемы математики в промышленности и экономике» 3031 октября г. Бирск, 2008г.;

- Пятнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВКНСФ-15) (Кемерово-Томск, 2009).

1. Нурисламов О. Р., Шагапов В. Ш. Нагнетание газа во влажную пористую среду с образованием газогидрата // Прикладная математика и механика. Т.76. Вып. 5, 2009. С. 809-823.

2. Нурисламов О.Р., Шагапов В.Ш. Об обтекании пластинки жидкостью, сопровождаемое вскипанием вблизи ее поверхности. // ЭВТ в обучении и моделировании. Сб. научных трудов. IV региональная научно-методическая конференция, Бирск, 2005. С. 73-76.

3. Нурисламов О.Р., Насырова JI.A. Об одном автомодельном пристеночном течении с фазовыми переходами. // Мавлютовские чтения. Механика жидкости и газа. Уфа. 2006. Т.4. С. 43.

4. Насырова JI.A., Нурисламов О.Р., Шагиева Ф.И. Некоторые автомодельные фильтрационные и пристеночные течения с фазовыми переходами. // IX Всероссийский теоретический съезд по теоретической и прикладной механике. Аннотации докладов. Т.П. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета им. Н.И.Лобачевского, 2006. С. 137.

5. Нурисламов О.Р., Шагапов В.Ш. Об одном автомодельном решении пристеночного течения с фазовым переходом. // Наука и образование. Под ред. С.М. Усманова и Ю.П. Правдина. Бирск, 2006. С. 27-31.

6. Нурисламов О.Р., Шагапов В.Ш. Обтекание пластины жидкостью, сопровождаемое вскипанием. // «VI Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии»: Сборник трудов. Т. 2. Математика. - Уфа, РИЦ БашГУ, 2006. С. 112-119.

7. Нурисламов О.Р., Шагапов В.Ш. О возможности кризиса сопротивления при обтекании пластинки. // Наука в школе и вузе: Материалы научной конференции аспирантов и студентов. Под общ. ред. Ш.Г. Зият-динова. Бирск, 2006. C.8S-91.

8. Нурисламов О.Р. О возможности снижения сопротивления пластины, движущейся в жидкости посредством организации вскипания вблизи ее поверхности. // Сб. трудов XV Зимней школы по механике сплошных сред. Часть 3. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. С. 55-58.

9. Нурисламов О.Р., Шагапов В.Ш. Обтекание пластины жидкостью со вдувом горячей парогазовой смеси с ее поверхности // Сборник тезисов, материалы Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-13, Ростов-на-Дону, Таганрог): Материалы конференции, тезисы докладов: Т.1 - Екатеринбург - Ростов-на-Дону - Таганрог: издательство АСФ России, 2007. С. 598-599.

Ю.Нурисламов О.Р. Численное моделирование обтекания пластины жидкостью, сопровождаемое вдувом горячей парогазовой смеси с ее поверхности. // ЭВТ в обучении и моделировании: Сборник научных трудов. Отв. Ред. С.М.Усманов. VI региональная научно-методическая конференция. Бирск, 2007. С. 116-119.

11.Нурисламов О.Р. Модель обтекания пластины, сопровождаемого вдувом парогазовой смеси // Всероссийская школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании»: Тезисы докладов. Математика. -Уфа: РИЦ БашГУ, 2007. С. 37.

12.Нурисламов О.Р. Обтекание стенки, сопровождаемое вдувом горячей парогазовой смеси // Труды Института механики УНЦ РАН. Вып. 6. /

Под ред. С.Ф. Урманчеева, С.В. Хабирова. - Уфа: Нефтегазовое дело, 2008. С. 132-136.

13.Нурисламов О.Р. Образование газогидрата во влажной пористой среде при инжекции холодного газа // Сборник тезисов, материалы Четырнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-14, Уфа): материалы конференции, тезисы докладов: Т.1 - Екатеринбург-Уфа: издательство АСФ России, 2008. С. 521.

14.Нурисламов О.Р., Шагапов В.Ш. Управление нагревом влажной пористой среды при нагнетании газа. // Обратные задачи в приложениях Сборник статей научно-практической конференции. - Бирск: БирГС-ПА, 2008. С. 247-251.

15.Нурисламов О.Р. Влияние давления и температуры нагнетаемого газа на режимы образования газогидрата во влажной пористой среде // Сборник тезисов, материалы Пятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-15, Кемерово-Томск): материалы конференции, тезисы докладов: Т.1 - Екатеринбург-Кемерово: издательство АСФ России, 2009. С. 617.

16.Шагапов В.Ш., Нурисламов О.Р. Об обтекании пластины жидкостью со вскипанием и вдувом газа // Теплофизика высоких температур (принята в печать).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 119 страницах и иллюстрирована 30 рисунков. Список литературы состоит из 133 наименований.

Заключение диссертации по теме "Механика жидкости, газа и плазмы"

Основные результаты и выводы

1. Установлено, что в случае холодной жидкости повышение температуры стенки практически не сказывается на теплопередаче и сопротивлении. Наиболее выгодным в этом случае, с точки зрения снижения теплопередачи pi сопротивления, является вдув «сухого» газа. Вдув «сухого» газа даже с небольшими интенсивностями (со средними скоростями -0.1-1 мм/с) уменьшает сопротивление и теплопередачу в десятки раз.

2. Установлено, что процесс теплопередачи от стенки является результатом действия двух эффектов: 1) уменьшением теплопередачи за счет малой теплопроводности пара по сравнению с теплопроводностью воды и 2) повышение теплопередачи за счет поглощения тепла на кипение. При образовании тонких пленок преобладает действие второго эффекта, а при образовании относительно толстых пленок — первый.

3. Показано, что для среды, находящаяся при точке кипения, наблюдается сильная зависимость от температуры стенки, от паросодержания и интенсивности вдува. Кроме того, показана возможность при вдуве газа образование температурных «ям». Этот факт объясняется интенсивным испарением жидкости. Тепла, подводимого с поверхности стенки, оказывается недостаточно, поэтому тепло отбирается и от самой жидкости.

4. Показана возможность организации паровой пленки только за счет тепла, выделяющегося за счет трения между слоями жидкости, при обтекании жидкостью, находящейся в точке кипения.

5. Установлено, что нагнетание газа во влажную пористую среду может происходить в четырех режимах. Для двух режимов образования гидрата происходит в объемных областях. При этом, в зависимости от температуры закачиваемого газа, в ближней области могут присутствовать только газ и гидрат или газ и вода. Для остальных режимов нагнетание газа будет сопровождаться с образованием гидрата только на фронтальной границе или же без гидратообразования вообще.

6. Показано, что гидратообразование в объемной области протекает с повышением температуры пористой среды. Температура среды может подниматься выше исходной температуры на десятки градусов, хотя при этом температура нагнетаемого газа может быть ниже исходной температуры. Режимы с наиболее сильным нагревом реализуются при высоких давлениях нагнетания (порядка 20-30 МПа) и больших значениях исходной водонасыщен-ности. Так для исходной водонасыщенности 0.7 повышение температуры среды достигает порядка 16 градусов. Таким образом, из-за гидратообразования в объемных областях, нагнетаемый во влажную пористую среду, газ становится своеобразным теплоносителем.

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата физико-математических наук, Нурисламов, Олег Робертович, Уфа

1. Баренблатт Г.И., Битов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М.: Недра, 1984. - 211 с.

2. Бондарев Э.А., Васильев В.И., Воеводин А.Ф. и др. Термогидродинамика систем добычи и транспорта газа. Новосибирск.: Наука, 1988. 272 с.

3. Бондарев Э.А., Максимов A.M., Цыпкин Г.Г. К математическому моделированию диссоциации газовых гидратов//Докл. АН СССР. 1989. - Т.308.-№3.-С. 575-577.

4. Боришанский В.М., Кутателадзе С.С. Некоторые данные об испарении жидкости, находящейся в сфероидальном состоянии, ЖТФ, т. XVII, вып. 8, 1947.

5. Бухгалтер Э.Б. Гидраты природных и нефтяных газов. // Итоги науки и техники. Сер. Разработка нефтяных и газовых месторождений. М.: ВИНИТИ, 1984.-С. 63-126.

6. БыкС.Ш., Макогон Ю.Ф., Фомина В.И. Газовые гидраты. М.: Химия, 1980.-296 с.

7. Васильев В.Г., Макогон Ю.Ф., Требин Ф.А. и др. Свойство природных газов находиться в земной коре в твердом состоянии и образовывать газогидрат-ные залежи // Открытия в СССР, 1968-1969 гг.: Сборник. М.: ЦНИИПИ, 1970.

8. Васильев В.И., Попов В.В., Цыпкин Г.Г. Численное исследование разложения газовых гидратов, сосуществующих с газом в природных пластах // Механика жидкости и газа. 2006. - №4. - С. 127-134.

9. Ватажин А.Б. Оплавление пластины, обтекаемой сверхзвуковым или высокотемпературным потоком газа // Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. 1959. №6. С. 7-13.

10. Гранин Н.Г., Гранина Л. 3. Газовые гидраты и выходы газов на Байкале // Геология и Геофизика. — 2002. —Т. 43. — № 7. — С. 629—637

11. Гриценко А.И., Истомин В.А. и др. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. М.: Недра, 1999. 476 с.

12. Гройссман А.Г. Теплофизические свойства газовых гидратов. Новосибирск.: Наука, 1985. 93 с.

13. Гумерое Н.А. Автомодельный рост газового гидрата, разделяющего газ и жидкость // Изв. РАН. МЖГ. 1992. № 5. С. 78-85.

14. Дучков А.Д. Газогидраты метана в осадках озера Байкал // Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №3.

15. Дядин Ю.А., Гущин A.JI. Газовые гидраты // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. №3.

16. Дядин Ю. А., Манаков А.Ю. Газовые гидраты при высоких давлениях// Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №3. С. 28-42

17. Истомин B.C., Якушев B.C. Газовые гидраты в природных условиях. -М.: Недра, 1992,-236 с.

18. Истомин В.А. Фазовые равновесия и физико-химические свойства газовых гидратов: анализ новых экспериментальных данных. М.: ВНИИЭ Газпром, 1992.-41 с.

19. Истомин В.А. Физико-химические исследования газовых гидратов: проблемы и перспективы. М.: ИРЦ ГАЗПРОМ, 2000. 71 с.

20. Истомин В.А., Якушев B.C. Исследование газовых гидратов в России // Газовая промышленность. 2001. - №6. - С. 49-54.

21. Клерке Я, Земская Т.И, Хлыстов О.М., Гранин Н.Г., Батист М. Газогидраты пресноводного океана. // ДАН. 2003. - Т. 393. - № 6. - С. 822 -826.

22. Кузнецов Ф.А., Истомин В.А., Родионова Т.В. Газовые гидраты: исторический экскурс, современное состояние, перспективы исследований. // Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №3. С. 5-18

23. Кутателадзе С. С. Теплопередача при конденсации и кипении, Машгиз, 1949.

24. Кутателадзе С. С, Зысина JI.M. Экспериментальное исследование теплопередачи при кипении ртути, СКТС, 8, 1939.

25. Кутателадзе С.С., Накоряков В.Е. Тепломассобмен и волны в газожидкостных системах. Новосибирск: Наука, 1984.

26. Ландау Л.Д., Лифгшщ Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.

27. Лейбензон А. С. Движения природных и газов в пористой среде. М.: ОГИЗ, 1947.

28. Лукомский С. М. О теплообмене при кипении в трубах углекислоты под высоким давлением, Известия АН СССР, ОТН, 8, 1947.

29. Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов. М., Недра, 1974.

30. Макогон Ю.Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование. М.: Недра. 1985. 208 с.

31. Макогон Ю.Ф. Природные гидраты: открытие и перспективы. // Газовая промышленность. 2001. - № 5. - С. 10-16.

32. Макогон Ю.Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы. // Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №3. С. 70 79

33. Макогон Ю.Ф., Требин Ф.А., Трофимук А.А. Обнаружение залежей природного газа в твердом гидратном состоянии. / ДАН СССР. М., 1971. Т. 196. Кн.1.

34. Матвеева Т.В., Соловьев В.А. Газовые гидраты Охотского моря: закономерности формирования и распространения. // Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №3. С. 101-111.

35. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. Ч. 2. -360 с.

36. Нигматулин Р.И., Шагапов В.Ш., Сыртланов В.Р. Автомодельная задача о разложении газогидратов в пористой среде при депрессии и нагреве. // Прикладная механика и техническая физика. 1998. Т. 39. № 3. С. 111-118.

37. Родионова Т.В., Солдатов Д.В., Дядин Ю. А. Газовые гидраты в экосистеме Земли. // Химия в интересах устойчивого развития. 1998. - Т.6. - №1. -С. 51-74.

38. Соловьев В. А. Природные газовые гидраты как потенциальное газовое ископаемое. // Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №3. С. 59-69

39. Стырикович М.А., Семеновкер И.Е. Некоторые закономерности теплообмена в кипящей ртути в вынужденном потоке, ЖТФ, 16, 1940.

40. Сыртланов В.Р., Шагапов В.Ш. Фронтовая задача о разложении газовых гидратов в пористой среде при высокочастотном электромагнитном излучении. // Инженерно-физический журнал. 1998. - Т. 71. - №2. - С. 263-267.

41. Toxudu Б., Андерсон Р., Масуоди А, АрджмандиДж., Бургас Р., Янг Дж. Газогидратные исследования в университете Хериот-Ватт (Эдинбург). // Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №3. С. 49-58.

42. Федоров К.М., Вольф А.А. Некоторые задачи о разложении гидратов углеводородных газов в природных пластах // Итоги исследований ТФ ИТПМ СО РАН. Тюмень, 2001. -№ 8. - С. 123-129.

43. Цыпкин Г.Г. О разложении газовых гидратов в пласте. // Инженерно-физический журнал. 1991. - Т.60. - №5. - С. 736-742.

44. Цыпкин Г.Г. Математическая модель диссоциации газовых гидратов, сосуществующих с газом в пластах. // Докл. РАН. 2001. - Т. 381. - № 1. -С. 56-59.

45. Цыпкгт Г.Г. О режимах диссоциации газовых гидратов, сосуществующих с газом в природных пластах. // Инженерно-физический журнал. 2001. - Т. 75. - № 5. - С.24-28.

46. Черный Г.Г. Ламинарные движения газа и жидкости в пограничном слое с поверхностью разрыва // Изв. АН СССР. ОТН. 1954. №12. С. 38-67.

47. Черный Г.Г. Пограничный слой на движущейся поверхности // Избранные проблемы прикладной механики. М.: ВИНИТИ, 1974. С. 709-719.

48. Черный Г.Г. Пограничный слой на движущейся поверхности // Аэромеханика. М.: Наука, 1976. С. 99-104.

49. Черный Г.Г. Пограничный слой на движущейся поверхности // Некоторые вопросы механики сплошной среды. Институт механики МГУ. М.: МГУ, 1978. С. 48-54.

50. Черный Г.Г. Пограничный слой на пластине с подвижной поверхностью // Докл: АН СССР, 1973. Т. 213. №4. С. 802-803.

51. Черный Г.Г. Асимптотический метод в задачах о движении тел в плавящейся среде // ПММ. 1992. Т. 56. Вып. 3. С. 368-385.

52. Черный Г.Г. Движение пластины в твердой плавящейся среде // ПММ. 1991. Т. 55. Вып. 3. С. 355-367.

53. Черский Н.В., Бондарев ЭЛ. О тепловом методе разработки газогидрат-ных месторождений. // Докл. АН СССР. 1972. - Т. 203. - №3. - С. 550-552.

54. Шагапов В.Ш., Сыртланов В.Р. Диссоциация гидратов в пористой среде при депрессионном воздействии. // ПМТФ. 1995. - Т. 36. - №4. - С. 120130.

55. Шагапов В.Ш., Сыртланов В.Р., Галиакбарова Э.В. О разложении гидратов в пористой среде, заполненной гидратом и газом, при тепловом и депрессионном воздействии. // Итоги исследований ИММС СО РАН. Тюмень, 1997.-№7.-С. 140-151.

56. Шагапов В.Ш., Мусакаев Н.Г., Хасанов М.К. Нагнетание газа в пористый резервуар, насыщенный газом и водой // Теплофизика и аэромеханика, 2005. Т. 12. № 4. С. 645-656.

57. Шагапов В.Ш., Чиглинцева А. С., Сыртланов В.Р. О возможности вымывания газа теплой водой из газогидратного массива. II Теплофизика высоких температур. 2008, Т.46, №6, с. 911-918.

58. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с нем. М.: Наука, 1974.

59. Якушев B.C., Перлова Е.В., Махонина Н.А., Чувилин Е.М., Козлова Е.В. Газовые гидраты в отложениях материков и островов. // Рос. хим. ж., 2003, т. XLVn, №3. С. 80-90.

60. Ackeret J., Ras М., Pfenninger W. Verhinderung des Turbulentwerdens einer Reibungsschicht durch Absaugung. Naturwissenschaften, 622 (1941).

61. Allen H. J., Look B.C. A method for calculating heat transfer in the laminar flow regions of bodies. NAGA Rep. 764 (1943).

62. Bemer Dale, Gerwick B.C. Hydrates for Transport of Stranded Natural Gas. // Paper SPE 84225, presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Denver, Colorado, U.S.A, 5-8 October 2003.

63. Betz A. Beeinflussung der Reibungsschicht und ihre praktische Verwertung. Schriften dt. Akad. f. Luftfahrtforschung, № 49 (1939).

64. Blasius H. Grenzschichten in Flussigkeiten mit kleiner Reibung. Z. Math. u. Phys. 56, 1-37 (1908).

65. Brown B. Exact solutions of the laminar boundary layer equations for a porous plate with variable fluid properties and a pressure gradient in the main stream. Proc. First US Nat. Gongr. Appl. Mech. 843-852 (1951).

66. Brown B. Donoughe P. L. Tables of exact laminar boundary layer solutions when the wall is porous and fluid properties are variable. NACA TN 2479 (1951.)

67. Burgers J.M. Proc. of the First Internat. Congr. for Applied Mechanics, Delft 1924.

68. Carriere P., Eichelbrenner E. A. Theory of flow reattachment by a tangential jet discharging against a strong adverse pressure gradient. В книге «Boundary layer and flow control» (под ред. G. V. Lachmann'a), т. I, 209-231, London 1961.

69. Collett T. S. Gas Hydrates as a Future Energy Resource. // Geotimes V. 2004. 49(11): P. 24-27.

70. Donoughe P.L., Livingood J.N.B. Exact solutions of laminar boundary layer equations with constant property values for porous wall with variable tempe-rature. NACARep. 1229(1955).

71. Eckert E., Drewitz O. Die Berechnung des Temperaturfeldes in der laminaren Grenzschicht schnell angestromter unbeheizter Кбгрег. Luftfahrtforschung 19, 189 196(1942).

72. Eckert E., Weise W. Die Temperatur unbeheizter Кбгрег in einem Gasstrom hoher Geschwindigkeit. Forschg. Ing.-Wes. 12, 40—50 (1941).

73. Eckert E., Weise W. Messung der Temperaturverteilung auf der Oberflache schnell angestromter unbeheizter Кбгрег. Forschg. Ing.-Wes. 13, 246—254 (1942).

74. Eichhorn R., Eckert E. R. G., Anderson A. D. An experimental study of the effects of nonuniform wall temperature on heat transfer in laminar and turbulent axi-symmetric flow along a cylinder. J. Heat Transfer 82, 349-359 (1960).

75. Eppler R. Praktische Berechnung laminarer und turbulenter Absauge-Granzschichten. Ing.-Arch. 32, 221-245 (1963).

76. Favre A. Contribution a letude experimentale des mouvement hydrodynami-ques a deux dimensions. These Universite de Paris 1938, 1-192.

77. Frossling N., Verdunstung. Warmeubergang und Geschwindigkeitsverteilung bei zweidimensionaler und rotationssymmetrischer laminarer Grenzschichtstro-mung. Lunds. Univ. Arsskr. N. F. Avd. 2, 36,:№ 4 (1940).

78. Goldstein S. Concerning some solutions of the boundary layer equations in hydrodynamics. Proc. Cambr. Phil. Soc. 26, Part I, 1-30 (1930).

79. Gortler H. Ein Differenzenverfahren zur Berechnung laminarer Grenzschich-ten. Ing.-Arch. 16, 173-187 (1948).

80. Hiemenz K. Die Grenzschicht an einem in den gleichformigen Flussig-keitsstrom eingetauchten geraden Kreiszylinder. Диссертация, Gottingen 1911, Dingl. Polytechn.

81. Hilpert R. Warmeabgabe von geheizten Drahten und Rohren im Luftstrom. Forschg. Ing.-Wes. 4, 215-224 (1933).

82. Howarth L. On the calculation of steady flow in the boundary layer near the surface of a cylinder in a stream. ARC RM 1632 (1935).

83. Hurley D.G. Thwaites B. An experimental investigation of the boundary layer on a porous circular cylinder. ARC RM 2829 (1955).

84. Johnson D. V., HartnettJ. P. Heat transfer from a cylinder in cross-flow with transpiration cooling. J. Heat Transfer 85, 173—179 (1963).

85. Jones M., Head M. R. The reduction of drag by distribution suction. Proc. Third Anglo-American Aeronautical Conference, Brighton, 199-230 (1951).

86. Karman Th. Uber laminareund turbulente Reibung. ZAMM 1, 233-252 (1921).

87. Kvenvolden K. A. Methane Hydrate a Major Reservoir of Carbon in the Shallow Geosphere. I I Chem. Geol. 1988. V. 71 (1-3): P 41-51.

88. Lerche Ian. Estimates of Worldwide Gas Hydrate Resources. // Paper OTC 13036, presented at the 2001 Offshore Technology Conference in Houston, Texas, 30 April —3 May 2001.

89. Libby P.A., Kaufmann L., Harrington R. P. An experimental investigation of the isothermal laminar boundary layer on a porous flat plate. JAS 19, 127 (1952).

90. Libby P. A., Pallone A. A method for analyzing the heat insulating properties of the laminar compressible bounary layer. JAS 21, 825-834 (1954).

91. Makogon Y.F., Makogon T.Y., Holditch A.S. Gas Hydrate Formation and Dissociation with Termodynamic and Kinetic Inhibitors. // SPE 56568, presented at the 1999 SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Houston, Texas, 3-6 October 1999.

92. Morduchow M. On heat transfer over a sweat-cooled surface in laminar compressible flow with pressure gradient. JAS 19, 705-712 (1952).

93. Moridis G.J., Kowalsky M.B., Pruess K. Depressurization-Induced gas production from class-1 hydrate deposits // Paper SPE 97266, presented at the 2005 SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Dallas, Texas, U.S.A, 912 October 2005.

94. Moridis G. J. Numerical Studies of Gas Production from Methane Hydrates. // SPE Journal. 2003. V. 8(4): P. 359-370.

95. Nikuradse J. Laminare Reibungsschichten an der langsangestromten Platte. Монография, Zentrale f. wiss. Berichtswesen, Berlin 1942.

96. Pohlhausen К. 112Zur naherungsweisen Integration der Differentialgleichung der laminaren Grenzschicht. ZAMM 1, 252-268 (1921).

97. Raspet A. Boundary layer studies on a sailplane. Aero. Eng. Rev. 11. 6, 52 (1952).

98. Ringleb F. Computation of the laminar boundary layer with suction. JAS 19, 48 (1952).

99. Sawyer W.K., Boyer C.M., Frantz J.H., Yost A.B. Comparative Assessment of Natural Gas Hydrate Production Models. // Paper SPE 64513, presented at the 2000 SPE/CERI Gas Technology Symposium held in Calgary, Alberta, Canada, 35 April 2000.

100. Schlichting H. Absaugung in der Aerodynamik. WGL Jb. 1956,19-29 (1957).

101. Schlichting H. Einige neuere Ergebnisse tiber Grenzschichtbeeinflussung. Advances in Aeronautical Sciences, т. II, Proc. Internat. Congr. in the Aeronautical Sciences in Madrid 1958. London 1959, 563-586.

102. Schlichting H. Die Grenzschicht an der ebenen Platte mit Absaugung und Ausblasen. Luftfahrtforschung 19, 293 (1942).

103. Schlichting H. Ein Naherungsverfahren zur Berechnung der laminaren Rei-bungsschicht mit Absaugung. Ing.-Arch. 16, 201—220 (1948).

104. Schuh H. Uber die Losung der laminaren Grenzschichtgleichung an einer e-benen Platte fur Geschwindigkeits- und Temperaturfeld bei veranderlichen Stoff-werten und fur das Diffusionsfeld bei hoheren Konzentrationen. ZAMM 25/27, 54 60 (1947).

105. Schmidt E., Wenner K. Warmeabgabe uber den Umfang eines angeblasenen geheizten Zylinders. Forschg. Ing.-Wes. 12, 65—73 (1941).

106. Shakhova К, Semiletov I., Panteleev G. The distribution of methane on the Siberian Arctic shelves: implications for the marine methane cycle. // Geophys. Res. Lett., 2005, vol. 32 (9).

107. Sparrow E. M., Gregg J. L. The effect of a nonisothermal free stream on boundary layer heat transfer. J. Appl. Mech. 26, 161 — 165 (1959).

108. Stuart J. T. On the effects of uniform suction on the steady flow due to a rotating disk. Quart. J. Mech. Appl. Math. 7, 446-457 (1954).

109. Takahashi H., Tsuji Y. Japan explores for hydrates in the Nankai Trough. Oil&Gas. // Journal, Sept.5, 2005, vol. 103.33, pp. 48-53.

110. Tang L. G., R. Xiao, C. Huang, Z. P. Feng, and S. S. Fan "Experimental Investigation of Production Behavior of Gas Hydrate under Thermal Stimulation in Unconsolidated Sediment. // Energy Fuels. 2005.19 (6): P. 2402-2407.

111. Thwaites B. On the momentum equation in laminar boundary layer flow. A new method of uniparametric calculation. ARC RM 2587 (1952).

112. Tifford A. N. Heat transfer and frictional effects in laminar boundary layers. Part 4: Universal series solutions. WADC Techn. Rep., 53-288, Part 4 (1954).

113. Tohidi В., R. Anderson, M. B. Clennell, R. W. Burgass and A. B. Biderkab Visual Observationof Gas-Hydrate Formation and Dissociation in Synthetic Porous Media by Means of Glass Micromodels. // Geology. 2001. 29(9): P. 867-870.

114. Torda T.P. Boundary layer control by continuous surface suction or injection. J. Math. Phys. 31, 3, 206-213 (1952).

115. Torda T.P. Boundary layer control by distributed surface suction or injection. Biparametric general solution. J. Math. Phys. 32, 312-314 (1954).

116. Trilling L. The incompressible boundary layer with pressure gradient and suction. JAS 17, 335-341 (1960).1. Ж 9

117. Truckenbrodt Е. Die laminare Reibungsschicht an einer teilweise mitbeweg-ten langsangestromten ebenen Platte. Abhldlg. Braunschweig. Wiss. Ges. 4, 181195 (1952).

118. Ulrich A. Die ebene laminare Reibungsschicht an einem Zylinder. Arch. d. Math. 2, 33-41 (1949).

119. Wieghardt K. Zur Berechnung ebener und drehsymmetrischer Grenzschichten mit kontinuierlicher Absaugung. Ing.-Arch. 22, 368-377 (1954).

120. Wuest W. Laminare Grenzschichten bei Ausblasen eines anderen Mediums (Zweistoffgrenzschichten). Ing.-Arch. 31, 125—143 (1962).

121. Yaun S. W. Heat transfer in laminar compressible boundary layer on a porous flat plate with fluid injection. JAS 16, 741-748 (1949).