Забыли данные входа?   Регистрация  

Статьи со схожими метками: Механика жидкости и газа

Акустическое излучение нелинейно осциллирующей незаряженной капли во внешнем однородном электростатическом поле

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова, Ярославская государственная сельскохозяйственная академия

Акустическое излучение нелинейно осциллирующей незаряженной капли во внешнем однородном электростатическом поле

Исследование акустического излучения, генерируемого капиллярными осцилляциями капель во внешней сжимаемой среде, представляет интерес в связи с проблемами акустического зондирования облаков и туманов, акустической левитации капель в современных технологиях получения высокочистых веществ.

Исходя из закона сохранения энергии, в идеализированной модели идеальной жидкости невязкое затухание может быть связано только с потерями энергии осцилляций на излучение звуковых и электромагнитных (при наличии собственного или индуцированных внешним электрическим полем зарядов) волн.

В настоящей работе выполнен нелинейный аналитический асимптотический расчет капиллярных осцилляций незаряженной капли идеальной несжимаемой идеально проводящей жидкости во внешнем однородном электростатическом поле и интенсивности монопольного и дипольного акустических излучений в квадратичном приближении по величине безразмерной амплитуды осцилляций ε.

Математическая модель задачи включает основные уравнения электрогидродинамики с граничными условиями. Введены дополнительные интегральные условия: сохранения объема капли, неподвижности её центра масс и условие незаряженности капли. Показано, что наличие внешнего электростатического поля приводит к вытягиванию равновесной формы капли в сфероид.

Решение поставленной нелинейной задачи проведено в рамках метода многих временных масштабов. Принято, что квадрат эксцентриситета e2 капли сравним по величине с безразмерной амплитудой осцилляций капли: e2~ ε. Ограничиваясь точностью до второго порядка малости по ε, расчеты задачи выполнены с сохранением слагаемых, учитывающих как взаимодействие возбужденных колебательных мод со стационарной деформацией капли, так и взаимодействие возбужденных колебательных мод между собой.

В электрогидродинамических расчетах первого и второго порядков малости по ε найдены последовательные поправки к возмущению поверхности капли. Показано, что наличие в спектре капиллярных осцилляций амплитуды нулевой моды превращает каплю в акустический излучатель монопольного типа., а наличие амплитуды первой моды превращает каплю в источник звукового излучения дипольного типа. Показано, что монопольная компонента акустического излучения вносит существенный вклад в интегральную интенсивность излучения.

 

1.Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. Капиллярные волны и дипольное электромагнитное излучение, создаваемое нелинейными осцилляциями незаряженной капли во внешнем однородном электростатическом поле // Коллоидный журнал. 2022. Т. 84. № 2. С. 141-163.

2. Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. Дипольное электромагнитное излучение заряженной капли, осциллирующей в однородном электростатическом поле // Изв. РАН. МЖГ. 2018. №2. С. 62–76.

Аэроупругий анализ несущей системы вертолета

НИИ механики МГУ

Аэроупругий анализ несущей системы вертолета

    Флаттер лопастей несущего винта вертолета может привести к значительным повреждениям лопастей и крушению вертолета. В вертолетостроении России для прогнозирования флаттера используются два подхода. Во-первых, это метод Флоке, примененный к простой системе с двумя степенями свободы для сечения лопасти, который может предсказать флаттер только на простейших модах: на первых изгибных и первых крутильных модах [1, 2]. Второй подход, применяемый к высшим модам, заключается в осреднении поля течения по циклу вращения и анализе флаттера лопасти в нестационарном потоке [2] и, соответственно, не учитывает периодичность течения.

В настоящей работе разработан метод аэроупругого анализа лопасти [3], применимый к различным модам колебания и учитывающий периодичность течения. Метод включает в себя расчет статического состояния лопасти с учетом центробежных сил и геометрической нелинейности, расчет маховых колебаний и флаттера.

Разработано программное обеспечение для включения аэродинамики в конечно-элементную модель MSC.Nastran для решения как статических, так и динамических задач аэроупругости. Проведен аэроупругий анализ для различных режимов полета. Определены параметры возникновения или отсутствия флаттера, а также способы отстройки от флаттера.

 

1.Миль М.Л., Некрасов А.В., Браверман А.С. Вертолеты, расчет и проектирование. Том 1. Аэродинамика. Издательство Машиностроение, Москва, 1966.

2.Pavlenko N.S. Anisotropic rotor stability// 19th European rotorcraft forum. Cernobbio (Como) – Villa Erba, 1993.  

3. Abdukhakimov F., Bondarev V., Dadunashvili S., Konovalov A., Vedeneev V. Advanced coupled aeroelastic analysis of helicopter rotor system// 45th European Rotorcraft Forum 2019 (ERF) Warsaw, Poland, 2019. 

Влияние гравитационного расслоения фаз на эффективность водогазового воздействия на нефтяные пласты

НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Влияние гравитационного расслоения фаз на эффективность водогазового воздействия на нефтяные пласты

 

 

Исследуется водогазовое воздействие на нефтяные пласты, то есть газовый метод увеличения нефтеотдачи, предполагающий закачку воды и углекислого газа в пласт с целью повышения нефтеотдачи. Применение такого воздействия осложняется возможностью гравитационного расслоения фаз, приводящего к неравномерному охвату пласта вытесняющими агентами. Из системы уравнений, описывающей течение воды и двухфазной углеводородной смеси, определены безразмерные параметры, характеризующие стратификацию фаз. Показано, что эффективность водогазового воздействия зависит от трех параметров подобия [1]. Проведено параметрическое исследование оптимальных стратегий закачки воды и углекислого газа при изменении критериев подобия. Построена диаграмма оптимальных стратегий водогазового воздействия. Исследованы оптимальные интервалы перфорирования нагнетательной и добывающей скважин для различных значений предложенного параметра.

 

1.Чернова А.А., Афанасьев А.А. Влияние гравитационного расслоения фаз на оптимальные режимы водогазового воздействия на нефтяные пласты // Изв. РАН. МЖГ. 2022. В печати. 

 

 

ВЛИЯНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НОРМАЛЬНЫХ ВОЛН В УПРУГОМ СЛОЕ

ННГУ им. Н. И. Лобачевского

ВЛИЯНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НОРМАЛЬНЫХ ВОЛН В УПРУГОМ СЛОЕ

Рассматривается задача, в которой требуется определить некоторые параметры (такие как давление, скорость потока и пр.) газового (сжимаемой жидкости) слоя, не имея к нему непосредственного доступа. Исследование распространения акустических волн в упругой пластине, погруженной в неподвижную сжимаемую жидкость, ранее проводилось, как правило, в рамках так называемых технических теорий колебаний упругой пластины, причем принималось, что жидкость безгранична в направлении по нормали к пластине.

В данной работе ставится задача определения таких параметров газа, как скорость потока и давление, по изменению характеристик нескольких упругих мод под влиянием газовой нагрузки. Рассмотрение распространения упругих волн ведется на основе общей теории упругости, т.е. для описания колебаний пластины не используются приближения технических теорий, пластина рассматривается с позиции теории упругости как упругий изотропный однородный слой. Слой сжимаемой жидкости с одной стороны ограничен упругим слоем, а с другой жесткой стенкой или свободной поверхностью. Переход к более строгому подходу обусловлен в большей мере необходимостью выяснения характеристик высших мод при движущейся газовой нагрузке, что невозможно сделать в рамках технических теорий. Настоятельность описания высших мод связана с тем, что в неразрушающем контроле удобно использовать (и уже достаточно давно применяются на практике) нормальные волны s0, s1, a0, a1, a2 и, реже, более высокие моды.

Показано, что необходимые параметры можно определить ультразвуковым способом на основе анализа характеристик упругих нормальных волн, причем без использования объемных упругих и (или) акустических волн в газе. В работе найдено дисперсионное уравнение задачи и проведено его исследование, а также построены дисперсионные кривые; полученные в ходе исследования зависимости позволяют вычислить величину скорости потока. Детально рассмотрено влияние скорости потока и давления сжимаемой жидкости на дисперсионные характеристики мод, наиболее часто используемых в неразрушающем контроле.

1. Солдатов И.Н. Нормальные волны в упругом волноводе с приповерхностным слоем, обладающим инерционным сопротивлением, поверхностным натяжением и вязкой реакцией // Процессы в геосредах. 2018. № 2(15). С. 854- 861.

ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИИ НА СТРУКТУРУ КОНВЕКТИВНОГО ТЕЧЕНИЯ КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА ПРИ НАГРЕВЕ СНИЗУ

Пермский государственный научно исследовательский университет

ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИИ НА СТРУКТУРУ КОНВЕКТИВНОГО ТЕЧЕНИЯ  КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА ПРИ НАГРЕВЕ СНИЗУ

 Конвекция в бинарных смесях демонстрирует широкий спектр неустойчивостей, нелинейной эволюции и процессов самоорганизации [1]. Распределение концентрации влияет на плавучесть, т.е. движущую силу конвективных потоков [2]. Поле концентрации в бинарных смесях зависит от различных факторов: диффузии, термодиффузии (эффект Соре) [3] и конвективного перемешивания.

 

Коллоидная суспензия представляет собой жидкость-носитель, содержащую наночастицы с размерами в диапазоне от 10 до 100 нм. Градиенты концентрации, вызванные термодиффузией в коллоидной суспензии, превышают аналогичные градиенты в молекулярных смесях на порядок и более из-за больших значений коэффициентов Соре для наночастиц [4]. Экспериментальное исследование конвекции коллоидной суспензии в закрытой ячейке [5] продемонстрировало существование постоянной и переходной колебательной конвекции. В [6] показано, что своеобразная диаграмма бифуркации, полученная для Hyflon MFA, также будет присутствовать в других коллоидных суспензиях, характеризующихся большим отрицательным коэффициентом разделения.

 

Изучено влияние интенсивности диффузии на структуру конвективного течения коллоидной суспензии (Hyflon MFA) с объемной долей наночастиц, заполняющей горизонтальный плоский слой с непроницаемыми твердыми границами. Рассмотрение проведено для случая подогрева слоя снизу.

 

Исследование порога устойчивости течений, проведенное в работе [7], показало, что с увеличением числа Льюиса (характеризующем интенсивности диффузии примеси) порог устойчивости течения изменяется нелинейно. При этом могут происходить смена типа конвективного течения между сильно- и слабо-модулированными бегущими волнами.

Изучена структура течения, а также переходные процессы возникающие при изменении числа. 

 

1. M.C. Cross, P.C. Hohenberg, Rev. Mod. Phys. 65, 851 (1993)

2. M. L¨ucke et al., Evolution of Structures in Dissipative Continuous Systems, 127, edited by F. H. Busse and S. C. M¨uller, Lecture Notes in Physics, Vol. m55 (Springer, Berlin, 1998)

3. J. Platten, J.C. Legros, Convection in Liquids (Springer, Berlin, 1984)

4. E. Blums et al., J. Magn. Magn. Mater. 169(1), 220 (1997)

5. G. Donzelli, R. Cerbino, A. Vailati, Phys. Rev. Lett. 102, 104503 (2009)

6. M. Bernardin, F. Comitani, A. Vailati, Phys. Rev. E 85, 066321 (2012)

 

7. I.N. Cherepanov, B.L. Smorodin Traveling waves of a colloidal suspension in a closed cell Eur. Phys. J. E (2022) 45:39

 

Влияние состава нефти на оптимальные режимы водогазового воздействия на нефтяные пласты

НИИ Механики МГУ

Влияние состава нефти на оптимальные режимы водогазового воздействия на нефтяные пласты

Для повышения нефтеотдачи пластов применяют различные методы, к примеру, закачивают воду и/или газ. Вода, действуя как поршень, способствует движению нефти к добывающим скважинам. Газ может растворяться в нефти, снижая ее вязкость и увеличивая ее объем. Одним из хорошо растворяющихся в нефти газов является углекислый газ (СО2). Помимо этого, СО2 является парниковым газом, поэтому для решения проблемы глобального потепления актуально уменьшение его выбросов в атмосферу. Чтобы повысить нефтеотдачу нужно определить оптимальные режимы закачки воды и газа: в каком порядке закачивать воду и газ, какие объемы необходимо закачать. 

В данной работе рассмотрено плоское течение в области, расположенной вдоль оси Ox, на краях которой расположены добывающая и нагнетательная скважины. Пористая среда насыщена нефтью с некоторым компонентным составом. При фиксированном составе нефти в статье [1] проведено исследование оптимальных режимов водогазового воздействия на нефтяные пласты с целью повышения нефтеотдачи и захоронения углекислого газа. Однако в зависимости от состава нефти оптимальные режимы водогазового воздействия могут быть различны. Цель исследования – определить зависимость между физическими характеристиками пластовой нефти и оптимальным режимом водогазового воздействия. Одной из таких характеристик является плотность. Различным составам нефти соответствуют свои значения плотности, поэтому проводилось исследование влияния плотности нефти на оптимальные режимы водогазового воздействия.

Также одной из характеристик пластовой нефти является давление насыщения. Это давление, при котором газ начинает выделяться из нефти. Давление насыщения зависит от компонентного состава нефти и пластовой температуры. Показано, что давление насыщения нельзя использовать для оценки оптимальности стратегий, так как нет локализации точек вдоль какой-либо кривой (рис. 1б). Следовательно, лучшей характеристикой различных составов нефти является ее плотность. Показано, что зависимость рентабельности от плотности нефти – убывающая функция для всех стратегий, в которых присутствует закачка газа (рис. 1а), а водогазовое воздействие эффективно применять на месторождениях легкой нефти.

Исследование выполнено за счет гранта РНФ (проект №19-71-10051)

 1. Afanasyev A.A., Andreeva A.I., Chernova A.A. Influence of oil field production life on optimal CO2 flooding strategies: Insight from the microscopic displacement efficiency// Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Т. 205. С. 108803  DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108803

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОЦЕСС ФЛОТАЦИИ КАЛИЙНОЙ РУДЫ РАЗЛИЧНОЙ КРУПНОСТИ

Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОЦЕСС ФЛОТАЦИИ КАЛИЙНОЙ РУДЫ РАЗЛИЧНОЙ КРУПНОСТИ

 

В работе представлены результаты экспериментального исследования процесса флотации калийной руды при ультразвуковом (УЗ) воздействии. Эксперименты, проведенные при одинаковой дозировке ПАВ (NORAM SH) для трех различных фракций руды, показали, что извлечение KCl и NaCl в отсутствие УЗ обработки зависит от крупности руды. При уменьшении размера частиц от крупной фракции 0,5 – 1 мм до средней фракции 0,25 - 0,5 мм извлечение KCl в пенный продукт увеличивается с 82% до 97%, что, по-видимому, связано с низкой вероятностью отрыва частиц мелкой фракции от пузырьков по сравнению с крупной фракцией. Извлечение калийной руды мелкой фракции 0,25 – 0,1 мм составило около 92%.

В экспериментах при использовании УЗ обнаружено, что ультразвук оказывает значительное влияние на флотацию крупных частиц за счет усиления отрыва частиц от пузырьков. Обработка ультразвуком высокой интенсивности приводит к значительному увеличению селективности средней 0,5 – 0,25 мм и мелкой 0,25 – 0,1 мм фракций с соответствующим снижением извлечения хлорида натрия из-за уменьшения поверхностной гидрофобизации. При мощности обработки ультразвуком до P = 45%, извлечение сильвина из фракции среднего размера остается неизменным и высоким (90 – 92%), в то время как извлечение NaCl снижается. На флотацию KCl из мелкозернистой фракции (0,25 – 0,1 мм) обработка ультразвуком не влияет, в то время как извлечение галита значительно снижается, что позволяет переработать фракцию такой крупности, которая, по традиционной схеме переработки калийной руды, сбрасывается в хвосты [1]. Полученные экспериментальные данные, могут помочь инженерам отрасли оптимизировать параметры обработки ультразвуком, когда требуется повышение селективности между сильвином и галитом. Уменьшение содержания NaCl в концентрате при обработке ультразвуком может разблокировать руду с низким содержанием или уменьшить потери сильвина с фракциями шлама.

Полученные экспериментальные данные, могут помочь инженерам отрасли оптимизировать параметры обработки ультразвуком, когда требуется повышение селективности между сильвитом и галитом. Уменьшение содержания NaCl в сильвитовом концентрате при обработке ультразвуком может разблокировать руду с низким содержанием или уменьшить потери сильвита с фракциями шлама.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-69-46066).

 

1.Filippov L. O., Filippova I. V., Barres O., Lyubimova T. P., Fattalov O. O. Intensification of the flotation separation of potash ore using ultrasound treatment //Minerals Engineering. – 2021. – Т. 171. – С. 107092

 

Влияние формы нагретых горизонтальных пластин на структуру конвективных течений

ПГНИУ

Влияние формы нагретых горизонтальных пластин  на структуру конвективных течений

К настоящему времени решению проблемы детализации процесса разрушения конвективного факела тороидального вида в ходе формирования структуры течения, вызванного локальным нагревом тел конечных размеров, посвящено множество работ [1,2,3]. Полученные в них наработки находят применение в проектировании систем охлаждения и вентиляции. Однако при изучении литературы, не было обнаружено исследовании, направленных на описание развития конвективного течения над поверхностью нагретых пластин различной формы.

В связи с этим в работе исследуется свободная тепловая конвекция над нагретыми в форме различных правильных n-угольников, вписанных в окружность с фиксированным диаметром D. Проводится численное трехмерное моделирование в резервуаре, заполненном водой при фиксированных граничных условиях. Рассматривается начальная стадия развития тепловой конвекции при различных значениях управляющего параметра, в качестве которого выступает число Релея Ra, определенное по соотношению между площадью и периметром нагревателя. Особое внимание уделяется изучению структуры течения жидкости, а также эволюции температурного поля в плоскости центрального сечения пластин. В рамках исследования рассматриваются различные условия нагрева: n  (3, 5), Ra  (1.0 10^2, 1.3 10^5). Стандартная система уравнений Навье-Стокса численно решается методом конечных элементов для систематического изучения конвекции от источников тепла различных размеров с помощью программного пакета COMSOL Multiphysics.

В ходе работы показана зависимость значения критического числа Релея от фактора формы нагревателя, при котором наблюдается разрушение торообразного течения. Кроме того, проводится экспериментальное исследование для проверки результатов численного моделирования. В результате получено качественное соответствие расчетной и наблюдаемой структур течения в ходе экспериментов.

 

1. Matvey Maksimovich G. et al. Gravity Orientation Effects on Convection in the Gap Between Partially Heated Cylinders //Journal of Thermophysics and Heat Transfer. – 2022. – С. 1-9.

2.Fan Y. et al. Natural convection over vertical and horizontal heated flat surfaces: A review of recent progress focusing on underpinnings and implications for heat transfer and environmental applications// Physics of Fluids. – 2021. – Т. 33. – №. 10. – С. 101301.

3.Jiang Y., Nie B., Xu F. Scaling laws of buoyant flows on a suddenly heated horizontal plate// International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2019. – Т. 105. – С. 58-64.

 

ВЛИЯНИЕ ЭКСЦЕНТРИЧНОСТИ ЧАСТИЧНО НАГРЕТЫХ ЦИЛИНДРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА

Пермский государственный национальный исследовательский университет

ВЛИЯНИЕ ЭКСЦЕНТРИЧНОСТИ ЧАСТИЧНО НАГРЕТЫХ ЦИЛИНДРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА

В проведенном исследовании изучены при различных значениях эксцентричности цилиндров конвективные структуры в полости, заполненной несжимаемой жидкостью (Рисунок 1 а). Поверхность внешнего цилиндра находится при фиксированной температуре T0, соответствующей температуре окружающей среды. При этом на одной половине внутреннего цилиндра поддерживалась некоторая постоянная температура Ti, другая же половина считалась теплоизолированной. Результаты исследования получены методом конечных элементов в двумерной постановке в приближении Буссинеска.

Отмечено, что структура температурного и скоростных полей при смещении на величину меньше половины максимального зазора качественно не отличается от картин, соответствующих случаю коаксиальных цилиндров. При большом смещении изменение угла приводило к существенной смене режима течения, возникающей ввиду близости нагревателя к стенкам. Например, в случае нагрева сверху после достижения некоторого критичного смещения внутреннего цилиндра наблюдалось существование несимметричного решения, что согласуется с результатами работы [1].

Впоследствии зафиксированные особенности ярко проявились в зависимостях интегральных тепловых характеристик. Так, анализируя контурный график безразмерного суммарного теплопотока на внешней границе полости от числа Релея и угла наклона, было замечено варьирование угла с минимальным Нуссельтом от 60° до 100° при различных смещениях нагревателя.

Результаты приведенного исследования могут быть использованы в проектировании электронных систем с компактными источниками тепла в замкнутых полостях [2], а также в системах охлаждения  [3].

1. Hu Y. et al. Natural convection in a nanofluid-filled eccentric annulus with constant heat flux wall: A lattice Boltzmann study with immersed boundary method //International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2017. – Т. 86. – С. 262-273.

2. Matvey Maksimovich G. et al. Gravity Orientation Effects on Convection in the Gap Between Partially Heated Cylinders //Journal of Thermophysics and Heat Transfer. – 2022. – С. 1-9.

3. Gibanov N. S., Sheremet M. A. Natural convection in a cubical cavity with different heat source configurations // Thermal Science and Engineering Progress. – 2018. – Т. 7. – С. 138-145.

ЗАКОН ПОДОБИЯ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ТЕЧЕНИЯ ПРИ ЗАКАЧКЕ CO2 В НАКЛОННЫЙ ВОДОНАСЫЩЕННЫЙ ПЛАСТ

НИИ механики МГУ

ЗАКОН ПОДОБИЯ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ТЕЧЕНИЯ ПРИ ЗАКАЧКЕ CO2 В НАКЛОННЫЙ ВОДОНАСЫЩЕННЫЙ ПЛАСТ

Закачка и долгосрочное хранение парниковых газов, в частности, углекислого газа (CO2), в водонасыщенных пластах является эффективным методом смягчения последствий изменения климата. Утилизация выхлопных газов может быть осуществлена с помощью нагнетательной скважины, использующей для закачки CO2 в пласт (рис.). Закачка приводит к образованию газового плюма – насыщенной CO2 области, расширение которой от скважины контролируется плавучестью газа в водонасыщенных породах. Менее плотный газ поднимается в верхние части водонасыщенного пласта и растекается под непроницаемой породой. Моделирование переноса газа с учетом всех механизмов его удержания в пласте очень важно для оценки последствий и потенциальных рисков утилизации. Потенциальным риском закачки является утечка CO2 к поверхности Земли через старые, заброшенные скважины или разломы вблизи места закачки. Утечка может привести к загрязнению грунтовых вод или, в случае утечки в атмосферу, сделать утилизацию бесполезной. Наибольший риск представляют скважины, расположенные в направлении структурного наклона пласта, так как именно в этом направлении достигается максимум расстояния, на который газ распространяется от скважины.

Проведены исследования, позволившие определить критерий подобия, т.е. безразмерный параметр, характеризующий максимальное расстояние, на которое распространится газ в наклоненном к горизонту пласте (рис.). Критерий подобия получен из системы законов сохранения, описывающих несмешивающуюся фильтрацию воды и газа, в предположении несжимаемости фаз и отсутствия фазовых превращений. Из безразмерной формы записи системы законов сохранения и фильтрации определены шесть критериев подобия, характеризующих течение газа и форму газового плюма. В результате детального анализа системы уравнений, описывающей фильтрацию, сделано предположение, что скорость распространения газа в направлении структурного наклона в основном зависит только от одного из шести параметров подобия, а влияние остальных пяти параметров незначительно на поздних этапах закачки газа.

Для проверки сделанного предположения проведено обширное параметрическое исследование размеров газового плюма. С применением трехмерного численного моделирования рассчитана закачка CO2 в однородные водонасыщенные пласты, характеризующиеся различными толщинами, пористостью и анизотропной проницаемостью, кривыми относительной фазовой проницаемости и капиллярного давления, углом наклона пласта к горизонту, значениями начальных пластовых давлений и температур. Рассчитанные таким образом размеры газовых плюмов построены в зависимости от выбранного параметра подобия (рис.). Обнаружено, что все точки на плоскости хорошо группируются вдоль одной линии. Это подтвердило сделанное предположение о том, что скорость распространения в направлении структурного наклона пласта в основном зависит только от выбранного параметра подобия, а влияние остальных параметров мало.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 19-71-10051).

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКА НА КРАЕВОЙ УГОЛ СМАЧИВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет»

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКА НА КРАЕВОЙ УГОЛ СМАЧИВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Краевой угол смачивания является одним из определяющих параметров в различных технологических процессах, например, при разделении руды в процессе флотации [1]. Ранее в литературе, был описан процесс изменения краевого угла смачивания за счет добавления в жидкости поверхностно-активных веществ [2]. Также исследовались вопросы связанные с влиянием шероховатости твёрдой поверхности на краевой угол смачивания [3]. В последнее десятилетие, активно исследуется вопрос применения УЗ воздействия на процесс флотации, с целью повышения его эффективности [4]. Однако, вопрос, посвященный влиянию УЗ на краевой угол смачивания, остается до сих пор отрытым. Настоящая работа посвящается исследованию влияния УЗ воздействия на процесс взаимодействия воздушного пузырька с твёрдыми поверхностями различной степени гидрофобности.

В настоящей работе, краевой угол смачивания измерялся методом пленённого пузырька (captive bubble) на твердой поверхности, горизонтально закреплённой над источником УЗ воздействия. Подложка располагалась на высоте 15 см над источником УЗ мощностью P = 30 Вт и частотой f = 28 КГц (рис.1 а). Эксперименты показали, что краевой угол смачивания изменяется в результате УЗ воздействия. На подложке из аморфного кварца, в отсутствие УЗ воздействия он составлял 131⁰±3⁰ (рис.1 б), а при наличии УЗ воздействия с указанными параметрами уменьшался до 115⁰±5⁰ (рис.1 в). Причиной изменения краевого угла смачивания является вибрационная сила, возникающая в результате УЗ воздействия на жидкость.

Таким образом, УЗ воздействие приводит к изменению краевого угла смачивания, что может влиять на процесс прикрепления твердых частиц руды к пузырькам. В дальнейшем планируется исследовать влияние УЗ на краевой угол смачивания в гетерогенных системах с различными физико-химическими свойствами.

Исследования колебаний аэрозоля разных концентраций в закрытой трубе с изменяющимся сечением вблизи резонанса

ИММ - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН

Исследования колебаний аэрозоля разных концентраций в закрытой трубе с изменяющимся сечением вблизи резонанса

 Исследования волновой динамики неоднородных и многофазных сред представляет значительный интерес в связи с прикладной их направленностью [1-3]. Установлено, что при разной начальной концентрации аэрозоля для всех рассматриваемых длин однородных труб и частот возбуждения время осаждения различно [4]. В связи с этим представляет интерес исследование осаждения аэрозоля при различных его начальных концентрациях в трубе с изменяющимся сечением.

 Экспериментальные исследования проводились на установке, где основным элементом был виброгенератор, который приводил в движение плоский поршень радиуса R1 = 0.05 м [5]. Колебания возбуждались в цилиндре высотой L1 = 0.038 м. Цилиндр соединялся со стеклянной трубой длиной L0 = 1.06 м и радиусом R0 = 0.018 м. В качестве рабочей среды использовался аэрозоль DEHS с диаметром капель около 1 мкм.

Получены осциллограммы колебаний давления газа и аэрозоля вблизи резонанса при различных амплитудах возбуждения. Интенсивность колебаний максимально в чистом газе и падет с увеличением концентрации, что связано с вязкостью среды. Выявлено, что с уменьшением концентрации аэрозоля осаждение происходит быстрее.

 Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (№ 22-79-00302).

 1. Медников Е.П. Акустическая коагуляция и осаждение аэрозолей. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. – 263 с.

2. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Осипов П.П., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р. Волновая динамика газовзвесей и отдельных частиц при резонансных колебаниях (обзор) // ТВТ. 2021. Т. 59. № 3. С. 443–466.

3. Вараксин А. Ю. Двухфазные потоки с твердыми частицами, каплями и пузырями: проблемы и результаты исследований (обзор) // ТВТ. 2020. Т. 58. № 4. С. 646–669.

4. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Галиуллин Р.Г., Галиуллина Э.Р., Ткаченко Л.А. Экспериментальное исследование коагуляции аэрозоля в трубе вблизи субгармонического резонанса // ТВТ. 2004. Т. 42. № 5. С. 788.

5. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р. Экспериментальное исследование осаждения аэрозоля в закрытой трубе с изменяющимся сечением // ТВТ. 2022. Т. 60. № 1. С. 443–466.

КОЛЕБАНИЯ СТОЛБА ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТОЙ СКВАЖИНЕ И СООБЩАЮЩЕЙСЯ С ПЛАСТОМ ПОДВЕРЖЕННЫМ ГРП

Институт Механики им. Р. Р. Мавлютова УФИЦ РАН

КОЛЕБАНИЯ СТОЛБА ЖИДКОСТИ  В ОТКРЫТОЙ СКВАЖИНЕ И СООБЩАЮЩЕЙСЯ С ПЛАСТОМ ПОДВЕРЖЕННЫМ ГРП

Рассмотрены собственные колебания столба жидкости в нефтяной скважине, возникающие при резком закрытии или открытии насосов скважины (гидроударе). Период колебаний, интенсивность затухания колебаний определяются протяженностью столба жидкости, ее реологическими свойствами, а также коллекторскими характеристиками призабойной зоны пласта (в частности, коэффициентами проницаемости, качеством перфорации скважины и свойствами образованных трещин ГРП). На основе математической модели, описывающей движение столба жидкости в скважине, когда ее верхний конец открыт, и фильтрацию в призабойной зоне, подверженной ГРП, получены решения задачи о собственных затухающих колебаниях столба жидкости в скважине. Изучены зависимости частоты и коэффициента затухания колебаний давления на различных участках скважины от значений проницаемости пласта, параметров ГРП. Показано, что акустическая диагностика основанная на анализе собственных колебаний в скважине может служить действенным инструментом для диагностики призабойной зоны скважины.

Математическая модель динамики слабонесферических газовых пузырьков с центрами на одной прямой

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН

Математическая модель динамики слабонесферических газовых пузырьков с центрами на одной прямой

Динамика пузырьков в жидкости в их разнообразных скоплениях может существенно зависеть от гидродинамического взаимодействия пузырьков [1-3]. В результате взаимодействия радиальные колебания пузырьков могут ослабляться или усиливаться, пузырьки могут перемещаться в жидкости, образовывать разнообразные устойчивые структуры. Взаимодействие между пузырьками может приводить к большим деформациям их поверхностей, в результате чего пузырьки могут разрушиться. Эти и другие особенности взаимного влияния пузырьков могут быть использованы в различных приложениях, например, при ультразвуковой очистке поверхностей тел от различных загрязнений во многих сферах деятельности, при интенсификации реакций в химии, при диагностике, доставке лекарств в медицине.

Для исследования взаимодействия пузырьков наиболее эффективными являются модели, в которых разрешающие соотношения представляются в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ). При получении таких уравнений используется метод разложения по малому параметру R / D, где R – характерный радиус пузырьков, D – характерное расстояние между их центрами. При таком подходе по мере уменьшения расстояния между пузырьками для адекватного описания их совместной динамики нужно использовать модели, имеющие все более высокий порядок точности относительно указанного параметра. Для исследования особенностей взаимодействия подвижных пузырьков в основном применяются модели от третьего до пятого порядка точности относительно R / D. В большинстве из этих моделей пузырьки считаются сферическими.

В настоящей работе предлагается математическая модель взаимодействия слабонесферических газовых пузырьков, центры которых расположены на одной прямой (оси симметрии задачи). Данная модель представляет собой полученную методом сферических функций систему ОДУ второго порядка относительно радиусов пузырьков, координат их центров на оси симметрии и амплитуд малых осесимметричных отклонений формы пузырьков от сферической. Учитывается влияние поверхностного натяжения, эффекты вязкости и сжимаемости жидкости предполагаются малыми и не зависящими от взаимодействия между пузырьками. Газ в пузырьках полагается гомобарическим, с давлением, изменяющимся по адиабатическому закону. Полученные уравнения имеют шестой порядок точности относительно параметра R / D, что, как минимум, на один порядок выше, чем у известных моделей. Это позволяет изучать взаимодействие более близко расположенных друг к другу пузырьков.

Проведена верификация полученных уравнений. Для этого было выполнено сравнение ряда их слагаемых с соответствующими слагаемыми других известных в литературе уравнений динамики взаимодействующих пузырьков. Кроме того, было проведено сопоставление результатов численного решения предложенных уравнений с известными теоретическими и экспериментальными результатами других авторов. 

 

Работа выполнена за счет гранта РНФ (проект № 21-11-00100, https://rscf.ru/project/21-11-00100/).

 

1. Aganin A.A., Davletshin A.I. Equations of interaction of weakly non-spherical gas bubbles in liquid // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2018. V. 39. № 8. P. 1047-1052.

2. Luther S. Theoretische Beschreibung und experimentelle Untersuchung raum-zeitlicher Strukturbildung in akustischen Kavitationsblasenfeldern. – Niedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek, 2000.

3. Xu Y., Butt A. Confirmatory experiments for nuclear emissions during acoustic cavitation // Nuclear Engineering and Design. 2005. V. 235. P. 1317-1324.

МОДЕЛИ САЛЬТАЦИИ СНЕГА, ДИНАМИКИ КРИСТАЛЛОВ И ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫХ КАПЕЛЬ В ГАЗОВЫХ ПОТОКАХ

Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского, Московский физико-технический институт

МОДЕЛИ САЛЬТАЦИИ СНЕГА, ДИНАМИКИ КРИСТАЛЛОВ И ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫХ КАПЕЛЬ В ГАЗОВЫХ ПОТОКАХ

Модели процессов, сопровождающих обледенение представляет научный и практический интерес, в частности в задачах расчета и противодействию роста наледи на элементах конструкции летательного аппарата в условиях снега и метели. В настоящей работе определены зависимости концентрации, скорости и распределения частиц по размерам в пограничном слое воздушного потока у заснеженной поверхности в зависимости от основных управляющих параметров. Разработан численный алгоритм, проведена проверка результатов путем сопоставления с данными работ других исследователей. Развиты модели динамики частиц сложной формы, показаны области на поверхности обтекаемого потоком, содержащим переохлажденные капли: в этих областях переохлажденные капли останутся жидкими после удара о поверхность: результаты зависят от числа Стокса аэрозольного потока. 

При моделировании распределения скорости потока в пограничного слоя у поверхности показательной функцией расстояния частицы до поверхности получены аналитические выражения для распределения скорости и концентрации частиц в пространстве в зависимости от безразмерных управляющих параметров.