Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Акчурина Венера Ахметовна

Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения
<
Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Акчурина Венера Ахметовна. Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения: диссертация ... кандидата физико-математических наук: 05.13.18 / Акчурина Венера Ахметовна;[Место защиты: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный университет"].- Челябинск, 2015.- 151 с.

Содержание к диссертации

Введение

1 Физические основы высокочастотного электромагнитного воздействия на парафиновые отложения в трубе 12

1.1 Состав и свойства асфальтосмолопарафиновых отложений 12

1.2 Причины образования асфальтосмолопарафиновых отложений и способы их удаления 16

1.3 Методы борьбы с АСПО

1.3.1 Химические методы 20

1.3.2 Тепловые методы 23

1.3.3 Механические методы 24

1.3.4 Физические методы 25

1.4 Распространение электромагнитных волн в круглом волноводе 26

1.4.1 Применение круглых волноводов в качестве линий передачи СВЧ мощности 34

1.4.2 Удаление парафиновых отложений с помощью электромагнитного воздействия 37

Выводы по первой главе 40

2 Математическое моделирование разрушения твердых отложений в трубопроводах волной типа/Zoi

2.1 Моделирование распределения напряженности ЭМ поля и тепловых источников в случае распространения в круглом волноводе волны типа Н0\ 42

2.2 Постановка задачи и моделирование нагрева и расплавления твердых отложений 45

2.3 Анализ результатов вычислений 47

Выводы по второй главе 51

3 Математическое моделирование расплавления твердых отложений в трубопроводах волной типа//ц 53

3.1 Разработка и исследование распределения напряженности ЭМ поля и тепловых источников при распространении в волноводе волны типа Нп 53

3.2 Комплексное исследование задачи о нагреве и расплавлении твердых отложений с применением технологии вычислительного эксперимента 59

3.3 Анализ результатов расчётных исследований 60

Выводы по третьей главе 69

4 Комплексное исследование процесса расплавления твердых отложений волной типа Ец с применением технологии математического оделирования и вычислительного эксперимента 71

4.1 Распределение напряженности ЭМ поля и тепловых источников в случае волны типа Еп 72

4.2 Постановка задачи. Основные уравнения 77

4.3 Результаты вычислений и их анализ 78

Выводы по четвёртой главе 96

Заключение 98

Список литературы

Методы борьбы с АСПО

Асфальтосмолопарафиновые отложения представляют собой тёмно-коричневую или чёрную мазеобразную смесь высокой вязкости, которая при повышении температуры снижается незначительно [51]. Химический состав АСПО может изменяться в больших пределах, прежде всего, зависит от происхождения, возраста, свойств и состава добываемой нефти. В состав АСПО входят парафины, смолы, асфальтены, масла, сера, металлы, а также минеральные вещества в виде растворов солей органических кислот, минеральных веществ. Асфальтосмолопа-рафины содержат механические примеси в виде глинистых частиц, кварцевых зёрен песчаника, железной окалины и т.д. Парафиновые отложения - это сложная физико-химическая смесь, в состав которой входит целый ряд веществ.

Отложения органического характера в основном состоят из высокодисперсных суспензий кристаллов парафина, асфальтенов и минеральных примесей в маслах и смолах [19]. Эти суспензии в совокупности, имеют свойства твердых аморфных тел, практически не растворяющихся повторно и не диспергирующихся в сырой нефти в условиях её добычи и транспортировки.

В отложениях накапливаются полярные природные поверхностно-активные вещества и эмульгаторы нефтей, которые позволяют повысить прочность сцепления отложений с металлическими поверхностями и облегчающие их проникновение вглубь зазоров, трещин и щелей на поверхности труб. По мнению исследователей [31] в АСПО переходят те вещества, которые плохо растворяются в нефти, имеют большую по сравнению с ней плотность и поэтому осаждаются под действием гравитационных или центробежных сил, а также вещества, обладающие поверхностной активностью на границе раздела нефть-порода, нефть-металл и нефть-вода [24].

Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть - жидкие углеводороды и гетероатомные органические соединения, преимущественно сернистые, азотистые и кислородные. Остальные компоненты - растворенные углеводородные газы, вода, металлоорганические соединения, растворы солей минеральных и органических кислот, механические примеси (частицы глины, песка, известняка) [38].

Интенсивность образования и состав АСПО на поверхностях насосно-компрессорных труб (НКТ) и нефтепромыслового оборудования определяется в основном содержанием в нефти парафинов, смол и асфальтенов и их соотношением в ней [43].

Соотношение этих составляющих, в нефтях, изменяется в объемном интервале, поэтому при выборе методов борьбы с осложняющими факторами для конкретного месторождения необходимо детально проанализировать состав и свойства нефти данного месторождения. В [114] приведены физико-химические характеристики нефтей для некоторых месторождений России и стран СНГ.

В зависимости от химического состава нефти изменяются её свойства в пластовых условиях и закономерности движения в пласте. От химического состава нефти, её физико-химических свойств и специфики разработки месторождения зависит характер некоторых технологических операций по её добыче и схем промыслового оборудования по сбору и подготовке нефти. Поэтому состав нефти и её физико-химические свойства необходимо знать до начала эксплуатации.

Нефти, с повышенным содержанием парафинов, характеризуются высокой температурой застывания. В некоторых случаях температура застывания высоко-парафинистых нефтей достигает +40С, вследствие чего нефти приобретают мазеобразную консистенцию; вязкость нефти сильно повышается, при незначительном понижении температуры. Например, парафин теряет текучесть при температуре -20С. В этом случае, перекачка нефти по трубопроводам, проложенным на поверхности, в зимний период в значительной степени затрудняется.

В пластовых условиях парафины в нефти находятся в виде отдельных кристаллов. Нефти одного и того же района содержат тем меньше парафина, чем больше в них смолистых веществ. Состав парафина в нефтях одного и того же месторождения, возрастает с глубиной залегания. Температура плавления твердых парафиновых углеводородов тем выше, чем больше их молекулярная масса. Растворимость парафина в органических растворителях высокая, она падает с ростом молекулярной массы и повышением температуры.

Свойства самих парафинов оказывают влияние на интенсивность отложений. Чем больше тугоплавкость парафина, тем больше сцепляемость кристаллов друг с другом и способность их к прилипанию.

Смолистые вещества нефти представляют собой сложную смесь высокомолекулярных гетероатомных соединений, которые молекулярно диспергированы в нефтях и АСПО [95]. Они могут объединяться в ассоциированные комплексы молекул, не образуя коллоидных систем.

Асфальтены являются наиболее высокомолекулярными компонентами нефти. Их содержание в нефти и АСПО, как правило, ниже содержания смол. Асфальтены образуют ассоциативные комбинации, в центре которых локализованы стабильные свободные радикалы. Химические и физико-химические процессы с участием асфальтосмолистых веществ носят коллективный характер. По условиям формирования АСПО разделяют на два вида - парафиновые отложения и осадки (донные отложения) [60].

Парафиновые отложения образуются в основном в процессе добычи нефти при кристаллизации твёрдых углеводородов непосредственно на поверхности НКТ и промыслового оборудования по направлению теплопередачи.

Осадки формируются в донной части резервуаров, ёмкостей и при малых скоростях потока, в нижней части труб и трубопроводов в результате седиментации взвешенных в жидкости частиц смолопарафиновой массы и механических примесей. По составу отложения и осадки практически одинаковы, но последние имеют менее плотную структуру.

Выделяют три вида отложений: с преобладанием органических веществ; с преобладанием неорганических веществ, с приблизительно равным содержанием органических и неорганических компонентов [42].

Распространение электромагнитных волн в круглом волноводе

Полагается, что диэлектрик (парафин) полностью заполняет волновод, решается уравнение теплопроводности. Предлагается разрушать асфальто-парафиновые отложения в нефтяных трубопроводах с помощью движущегося источника высокочастотного (ВЧ) ЭМ излучения - «ЭМ крота» [18]. При этом методе источник ВЧ ЭМ излучения передвигается по мере перемещения поверхности раздела твёрдой и жидкой фаз, проплавление диэлектрической пробки получается более эффективным. В решаемой задаче также полагается, что источник ЭМ волн является движущимся. Уравнение теплопроводности имеет вид: где р, ст, X - плотность, теплоёмкость, теплопроводность высокопарафинистой нефти. Плотность и теплопроводность нефти считаются не зависящими от температуры, а теплоёмкость при температуре фазового перехода Ts имеет 5-образную особенность:

Формула учитывает передвижение источника ЭМ волн по закону z = z0(t). Явный вид 2о приведён в выражении (2.4). В формуле (2.7) вычисляется коэффициент, показывающий, насколько действительная поглощаемая мощность отличается от задаваемой мощности, затем выражение (2.4) умножается на этот коэффициент. В интеграле Н - длина парафиновой пробки.

Скорость движения источника ЭМ волн v вдоль координаты z задавалась постоянной и подбиралась так, чтобы за источником не оставалось зон с нерасплавленным парафином.

Анализ результатов вычислений Задача решалась численно методом сквозного счёта без явного выделения фаз. При проведении расчётных исследований использовались параметры высо-копарафинистой нефти [21, 22]: /)=950 кг/м3; с0=3 кДж/(кг-К); /1=0,125 Вт/(мК); L=300 кДж/кг; тс=1,613 Вт/(м2К); Nu=\ (труба в сухом грунте); к\=0,2 Вт/(м2К); 7Ь=20 С; TS=5Q С; Н=5 м; Р=9,34 кВт; v=l,44 м/час. Задача решалась неявным методом переменных направлений с равномерной прямоугольной сеткой, методом сквозного счёта без явного выделения фаз. Дельта-функция в выражении для теплопроводности аппроксимировалась ступенькой с полушириной равной 0,6 С. Результаты численного моделирования процесса удаления парафиновой пробки «Электромагнитнвм кротом» приведены на рисунке 2.3 (/=1,6-109 Гц), рисунке 2.4 (/=2-109 Гц), рисунке 2.5 (/=3-109 Гц) для различных моментов времени. На рисунке 2.3 «ЭМ крот» начинал двигаться через 5 минут после начала нагрева, на рисунке 2.4 (б, в, г) и 2.5 (б, в, г) минут после начала нагрева.

На рисунках 2.3 - 2.5 для удобства изображения все значения вдоль координаты г умножены на 100. Как видно из рисунков, процесс проплавлення пробки сильно зависит от распределения плотности тепловых источников. Местоположение первоначального проплавлення пробки полностью определяется максимумом плотности тепловых источников. С течением времени максимум температуры смещается к оси волновода.

Наиболее эффективно удаление пробки ЭМ полем с частотой /=2-109 Гц. В этом случае наблюдается наименьший перегрев парафина в точках максимума температуры, который приходится допускать ради расплавления парафина возле стенки трубопровода. На этой частоте раньше можно начинать движение источника ЭМ волн (через 5 минут после начала нагрева), т.к. через это время уже происходит процесс проплавлення парафина возле стенки волновода. При других рассмотренных частотах движение источника ЭМ волн приходится начинать позже - через 70 минут после начала нагрева. Иначе возле стенки волновода парафин остаётся не расплавленным. Но к этому времени уже наблюдается сильный пере 51 грев парафина в некоторых точках. Раз позже приходится начинать движение источника ЭМ волн, то дольше приходится и греть парафин ради расплавления его по всей длине пробки.

Получены выражения распределения тепловых источников при возбуждении в круглом волноводе волны Яоь Для заданных параметров среды приведена зависимость мнимой части продольного волнового числа к" от частоты ЭМ поля. Мнимая часть продольного волнового числа имеет минимум к" -0,5967 м"1 на частоте Уо 2,2-109 Гц. Определена критическая частота для рассматриваемого круглого волновода - Уо 1,556-109 Гц.

Приведены распределения тепловых источников в поперечном сечении волновода в точке z=0, нормированные на мощность источника ЭМ поля, для различных частот при неподвижном источнике ЭМ волн. Получено, что распределение тепловых источников в поперечном сечении волновода очень неравномерно и неравномерность увеличивается с ростом частоты. Максимум плотности тепловых источников находится приблизительно в середине между осью и стенкой волновода. В продольном направлении плотность тепловых источников уменьшается по экспоненциальному закону. С ростом частоты ЭМ поля скорость уменьшения плотности тепловых источников в продольном направлении волновода увеличивается.

Поставлена и численно решена пространственная задача о воздействии ЭМ поля на парафиновую пробку. При этом полагается одновременное движение источника ЭМ излучения - «ЭМ крота». Расчёты показали, что чем меньше частота возбуждаемых ЭМ волн, тем эффективнее разрушение пробки. В этом случае наблюдается наименьший перегрев парафина в точках максимума температуры, который приходится допускать ради расплавления парафина возле стенки трубопровода. С ростом частоты ЭМ поля эффективность удаления пробки уменьшается, а неравномерность температуры среды в поперечном сечении волновода уве 52 личивается. Это происходит потому, что с ростом частоты наблюдается уменьшение глубины проникновения ЭМ поля в среду.

Поверхность, разделяющая твёрдую и жидкую фазы, имеет форму конуса с радиусом, уменьшающимся вдоль пробки. Такая форма расплавленной зоны может привести к разрушению пробки до её полного расплавления. Если преследовать цель пробить в пробке отверстие по всей её длине, а не расплавлять её по всему радиусу трубопровода, то движение «ЭМ крота» можно начинать намного раньше и двигать быстрее. В таком случае более высокие частоты могут иметь даже преимущество.

Постановка задачи и моделирование нагрева и расплавления твердых отложений

У волноводов существуют ограничения на частоту ЭМ поля, т.е. имеются критические частоты, ниже которой ЭМ волны не могут быть переданы [53, 94]. Одним из выходов является многоволновый волновод, т.е. распространение более, чем одного типа волны. Это может произойти, если увеличить отношение размера поперечного сечения волновода к длине волны. Увеличение отношения позволяет значительно повысить электрическую прочность волновода и снизить потери [53]. Так, например, в случае прямоугольного волновода с размерами сечения а=Х, Ь=2А, возбуждённого на волне типа Hw, электрическая прочность примерно в 7 раз выше, чем у стандартного с размерами =0,8/1, Ь=0,4А. Постоянная затухания ЭМ волн а снижается при этом почти в 4 раза.

Наибольшие успехи в разработке и применении многоволновых волноводов достигнуты с использованием волны типа Н0\ в круглом волноводе [53]. Эта волна обладает аномально низким затуханием, неограниченно уменьшающимся с увеличением отношения R/A (к - длина волны), причём при радиусе волновода R (3+4)X потери должны быть на несколько порядков ниже, чем у обычных волноводов. Однако одновременно с волной типа Яоі по подобному волноводу могут распространяться более сотни других типов волн. В результате этого часть энергии волны Hoi может переходить в энергию других типов волн, имеющих значительно больший коэффициент затухания.

«Перекачка» энергии происходит особенно интенсивно при близости фазовых скоростей рабочей и паразитной волн. С этой точки зрения весьма нежелательной является волна типа Ец, имеющей такую же критическую длину волны, как Hoi. В связи с этим в данной главе рассматривается распространение в трубопроводе волны типа Ец, как при этом распределяются тепловые источники, происходит нагрев и расплавление парафиновой пробки [1]. 4.1. Распределение напряженности ЭМ поля и тепловых источников в случае волны типа Еп

Трубопровод имеет тот же диаметр, что в работах [21-22]. У волны типа Еп цилиндрическая составляющая напряженности ЭМ поля Hz=0 [94]. Остаются компоненты поля имеют выражения:

Как видно из выражений (4.1) - (4.5), ЭМ поле имеет три составляющих напряженности электрического поля Ег, Е9 и Ez. Они и определяет распределение тепловых источников, т.к. плотность тепловых источников пропорциональна сумме квадратов напряженности электрических составляющих ЭМ поля. Используя форму написания выражения плотности тепловых источников для неподвижного источника [22], получаем:

Мнимая часть продольного волнового числа, как функция частоты для металлического цилиндрического волновода, заполненного парафином.

Как видно из выражений (4.1) - (4.6), распределения электрических составляющих напряженности ЭМ поля и плотности тепловых источников у этого типа волны 3-хмерные. Они самые сложные из рассмотренных в данной работе типов волн. Вследствие этого рисунки электрических составляющих напряженности ЭМ поля имеют причудливый вид (рисунок 4.2). Для удобства изображения на рисунках цилиндрические координаты преобразованы в декартовы х, у, z. В таком случае круглый волновод представляется как круг, вписанный в прямоугольник. Общее распределение электрической составляющей напряженности ЭМ поля имеет более плавный вид (рисунок 4.3). Общему распределению электрической составляющей напряженности ЭМ поля соответствует и распределение тепловых источников (рисунок 4.4).

Расчёты распределения тепловых источников на других частотах ЭМ поля показали, что они сильно меняются, т.е. их конфигурация от частоты ЭМ поля зависит (рисунок 4.5). Как видно из рисунка 4.5, при всех частотах ЭМ поля наблюдается симметрия относительно правой и левой, верхней и нижней половин поперечного сечения волновода. Это позволяет, как и в случае волны Нц, рассматривать процессы только в четверти круга и иметь представление о том, что творится во всём круге. Таким образом, можно экономить ресурсы ЭВМ при численном решении задачи и рассматривать процессы только в 1-м квадранте.

На рисунке 4.6 приведено распределение плотности тепловых источников Q(r, р, z=0) в четверти круга, нормированное на мощность источника ЭМ волн, в поперечном сечении волновода для частоты /=1,6-109 Гц. Q T , V Рис. 4.6. Распределение плотности тепловых источников. ./=1,6 ГГц.

Фазовый переход заметно сглаживает распределение температуры и меняет конфигурацию (рисунок 4.8). На частоте /=1,6-109 Гц он начинается очень быстро (/=3,392 мин.). На рисунке 4.9 представлены продольные распределения температуры в волноводе при различных углах р в момент времени начала парафина. Из рисунков видно, насколько велики различия температуры при различных углах р в поперечном сечении волновода уже в малый момент времени. При »=90 распределение температуры по координате г практически равномерно, а при р=0 различие достигает 30 С. Рис. 4.8. Поперечное распределение температуры в волноводе: ./=1,6-10 Гц; z=0; 7=15 мин.

На рисунках 4.10 и 4.11 представлены продольные распределения температуры в волноводе в моменты времени /=15 и 75 мин. Из рисунков видно, как быстро нарастает различие температур в различных точках поперечного сечения волновода с течением времени даже при учёте фазового перехода. В момент времени /=75 мин. даже при »=90 различие температур по радиусу волновода достигает почти 300 С.

На рисунке 4.12 представлено поперечное распределение температуры на различных расстояниях от точки возбуждения волновода z=0. Из рисунков видно, как быстро уменьшаются значения температуры с увеличением координаты z. Следовательно, нужно двигать источник излучения ЭМ волн.

На рисунках 4.13 и 4.14 представлены такие же распределения температуры, как на рисунках 4.11 и 4.12, но уже при двигающемся «ЭМ кроте». Как видно из сравнения рисунков, движение «ЭМ крота» сильно уменьшает различие температур в различных точках поперечного сечения волновода и позволяет гораздо глубже прогревать парафиновую пробку вдоль волновода.

Комплексное исследование задачи о нагреве и расплавлении твердых отложений с применением технологии вычислительного эксперимента

Плотность и теплопроводность нефти считаются не зависящими от температуры, а теплоёмкость при температуре фазового перехода Ts имеет 5-образную особенность ст =c0+LS(Ts). (4.8) Плотность мощности объёмного тепловыделения записывается в виде. e = eo0(z-zo(O)exp(-a(z-zo(O))- (4.9) Формула учитывает передвижение источника ЭМ волн. Явный вид Q0 приведён в выражении (4.6). В формуле (4.9) ( - O) = JQ z z0 z z, о Для решения уравнения (4.7) принимались граничные условия. На торце пробки z=0 задавался конвективный теплообмен по закону Ньютона [22]: U„= (r-r0). (4.10) OZ На удалённом торце пробки z=H теплообмен отсутствует: 4rU=0. (4.11) OZ На боковой поверхности цилиндра r=R граничное условие также записывалось в виде конвективного теплообмена, но с другим коэффициентом теплообмена/с: -Л и=к(Т-Т0), (4.12) or где K = NU-A/R- коэффициент теплообмена с внешней средой; Nu - число Нус сельта. В точке г=0 теплообмен отсутствует: Вследствие решения задачи только в 1-м квадранте, на его границах можно принять условия: Скорость движения источника ЭМ волн v вдоль координаты z задавалась постоянной и подбиралась так, чтобы за источником не оставалось зон с нерасплавленным парафином (в расчётах использовалось значение v=l,44 м/час).

При проведении расчётных исследований использовались параметры высо-копарафинистой нефти, как в главах 2 и 3. Задача решалась неявным методом переменных направлений с равномерной прямоугольной сеткой. Вычисления проводились для той же мощности ЭМ поля, что в 3-й главе - Р=6,5 кВт. Скорость движения «ЭМ крота» такая же, как в рассмотренных выше 2 и 3 главах для удобства сравнения различных типов волны и частот ЭМ поля.

На рисунке 4.7 представлены поперечные распределения температуры в волноводе в один и тот же момент времени при воздействии различными частотами ЭМ поля (без учёта фазового перехода). Из рисунков видно, насколько велика неравномерность распределения температуры в поперечном сечении волновода на различных частотах, насколько велик перегрев среды в отдельных точках при воздействии на неё частотой ЭМ поляу=1,6-109 Гц.

Поперечное распределение температуры в волноводе, z=0; ґ=50 мин. (без учёта фазового перехода): а)./Ч,6-109 Гц; б) 2 109 Гц; в) 3 109 Гц.

Фазовый переход заметно сглаживает распределение температуры и меняет конфигурацию (рисунок 4.8). На частоте /=1,6-109 Гц он начинается очень быстро (/=3,392 мин.). На рисунке 4.9 представлены продольные распределения температуры в волноводе при различных углах р в момент времени начала парафина. Из рисунков видно, насколько велики различия температуры при различных углах р в поперечном сечении волновода уже в малый момент времени. При »=90 распределение температуры по координате г практически равномерно, а при р=0 различие достигает 30 С. Рис. 4.8. Поперечное распределение температуры в волноводе: ./=1,6-10 Гц; z=0; 7=15 мин.

На рисунках 4.10 и 4.11 представлены продольные распределения температуры в волноводе в моменты времени /=15 и 75 мин. Из рисунков видно, как быстро нарастает различие температур в различных точках поперечного сечения волновода с течением времени даже при учёте фазового перехода. В момент времени /=75 мин. даже при »=90 различие температур по радиусу волновода достигает почти 300 С.

На рисунке 4.12 представлено поперечное распределение температуры на различных расстояниях от точки возбуждения волновода z=0. Из рисунков видно, как быстро уменьшаются значения температуры с увеличением координаты z. Следовательно, нужно двигать источник излучения ЭМ волн.

На рисунках 4.13 и 4.14 представлены такие же распределения температуры, как на рисунках 4.11 и 4.12, но уже при двигающемся «ЭМ кроте». Как видно из сравнения рисунков, движение «ЭМ крота» сильно уменьшает различие температур в различных точках поперечного сечения волновода и позволяет гораздо глубже прогревать парафиновую пробку вдоль волновода.

Для частоты ЭМ поля /=3-109 Гц проведены такие же расчеты продольного и поперечного распределения температуры в волноводе, для тех же моментов времени, как выше для частот/=1,6-109 и 2-Ю9 Гц. Из сравнения рисунков (например, рисунки 4.19 и 4.21) видно, что на частоте ЭМ поля /=3 109 Гц наблюдается ещё большая равномерность распределения температуры в поперечном сечении волновода, чем на частоте ЭМ поля f=2-109 Гц. В отличие от частот /=1,6-109 и 2-Ю9 Гц, на частоте ЭМ поля /=3-109 Гц наибольшая равномерность распределения температуры по радиусу волновода наблюдается при угле (р=0, а не при 9=900 (см., например, те же рисунки 4.19 и 4.21). Это позволяет, если генератор ЭМ волн регулируемой частоты, изменением частоты генератора ЭМ волн управлять расплавлением парафина по всем направлениям в поперечном сечении волновода.

При воздействии на парафиновую пробку ЭМ полем частотой /=3-109 Гц, так же как частотой/=2-109 Гц, плавление парафина начинается поздно. Из-за этого и движение «ЭМ крота» приходится начинать через значительное время после начала нагрева среды. Поэтому охват парафиновой пробки по её длине теплом и плавлением за одно и то же время получается меньше, чем на частоте ЭМ поля /=1,6-109 Гц. Но опять же, регулированием частоты генератора ЭМ волн можно выбирать, как удалять парафиновую пробку - максимально быстро расплавить парафин по всей длине пробки, пусть хоть и останется нерасплавленный парафин возле стенок волновода при каких-то углах р или же затратив больше время расплавить всю парафиновую пробку. Возможность регулирования частоты генератора ЭМ волн позволяет значительно повысить эффективность удаления твёрдых отложений в трубопроводах.

Можно, наверно, после максимально быстрого расплавления парафина по всей длине пробки, отключить генератор ЭМ волн, а оставшийся возле стенок трубопровода парафин удалить более простым способом, например, закачкой какого-нибудь теплоносителя.

Похожие диссертации на Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения