Введение к работе
Актуальность темы. Изучение процессов в системах с фазовыми переходами и конвекцией в течении последних трех десятилетий идет все с возрастающей интенсивностью. Это связано не только с чисто академическими исследованиями и бурным развитием вычислительной техники, но и возможностью прогнозирования таких систем как для промышленности, так и для объяснения природных явлений.
В силу нелинейности уравнений, описывающих поведение систем, в которых существенны переход фаз из жидкого состояния в твердое и наоборот, как правило для изучения таких систем привлекаются методы численного анализа.
Отдельной, но не менее важной задачей является изучение поведения многокомпонентной смеси в пористой среде. Практическая значимость задач постановки высоковязких гелевых барьеров в неоднородных нефтяных пластах привела к развитию новых технологий, содержащих now how, т.к. позволяет повысить нефтеотдачу пластов, либо снизить водонефтяное соотношение, что существенно в практической работе в нефтяной промышленности.
Целью работы является изучение поведения систем с фазовыми переходами как при отсутствии, так и при наличии конвективного течения, роме того, одной из целей работы является построение адекватных математических моделей постановки гелевых барьеров в нефтяных пластах.
Научная новизна. Впервые полученно три решения в задаче естественной конвекции жидкости в квадрате и два решения в цилиндре при наличии фазового перехода при одних и тех же параметрах системы. Предложены два механизма формирования гелевых барьеров в нефтяных пластах. Получены вычислительные методики, существенно ускоряющие вычислительный процесс.
Научное и практическое значение. Создан комплекс программ для решения задач с фазовыми переходами как при отсутствии, так и при наличии конвективного течения жидкости. На основе созданного программного обеспечения решена задача о плавлении парафиновой пробки в скважине с учетом сложной структуры грунта, окружающего скважину; изучен вопрос о естественной конвекции воды в трубопроводе с
нагревательными элементами, позволяющий конструктивно решить задачу как об их расположении, так и о режиме их работы. Решены практически важные задачи с фазовыми переходами в грунте. Предложены два механизма формирования гелевых барьеров в нефтяных пластах и создан пакет программ для решения задач многокомпонентной фильтрации. Эти результаты могут быть использованы для эффективного воздествия на нефтяные пласты с целью повышения эффективности добычи нефти.
Обоснованность н достоверность полученных в работе результатов обусловлена использованием фундаментальных физических законов, корректностью математических постановок задач, использованием современных численных методов, сопоставлением численных расчетов с аналитическими и численными решениями других авторов.
На защиту выносятся следующие положення .
1. Ряд оригинальных численных подходов к решению
задач гидродинамики.
-
Неединственность решения задач естественной конвекции при наличии фазовых переходов в цилиндрической и квадратной ячейках.
-
Механизмы формирования гелевых барьеров в неоднородных нефтяных пластах.
4. Естественная конвекция воды вблизи точки инверсии
плотности 4С в трубопроводе с нагревательными элементами.
5. Численное исследование задачи плавления
смолопарафиноотложений в насосно-компрессорных трубах.
6. Течение вязкой жидкости с диссипацией в
магистральных трубопроводах.
7. Нестационарные гидродинамические структуры при
поршневом вытеснении жидкости из скважин.
8. Задачи с фазовыми переходами в грунте.
Апробация работы. Основные положения и
результаты работы докладывались на научно-технической конференции по повышению эффективности и надежности электрооборудования и систем (Алма-Ата, 1988), на 7 Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Москва, 1991), на 2-ой международной конференции по многофазным потокам (Япония, 1995). Результаты обсуждались на семинарах Института механики многофазных систем СО РАН, Института проблем механики РАН, МГТУ, МЭИ,
ЭНИН им. Г.М. ржнжановского, Института атомной энергии г.Обнинск,Сургутского государственного университета, на городском (г. Уфа) научном семинаре под руководством академика РАН Нигматулина Р.И. и члена-корреспондента РАН Мавлготова P.P.
Публикации. Результаты диссертации изложены в 18 публикациях.
Структура и объем диссертации, -иссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 216 страниц, в том числе 99 рисунков, 10 таблиц и 104 библиографические ссылки.