Интенсификация гидратообразования при распространении слабой волны давления в пузырьковой жидкости

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В работе представлена численная модель, описывающая распространение волны давления ступенчатого профиля малой амплитуды в пузырьковой среде, содержащей газ фреон-12, при условиях гидратообразования. Рассмотрена динамика волн в каналах постоянного и переменного сечения. Проанализировано влияние поверхностно-активных веществ на склонность дробления пузырьков в соответствии с механизмом неустойчивости Кельвина–Гельмгольца.

Full Text

Restricted Access

About the authors

И. А. Чиглинцев

Уфимский университет науки и техники

Email: sg81@bk.ru
Russian Federation, г. Уфа

С. А. Лепихин

Сургутский государственный педагогический университет; Сургутский государственный университет

Author for correspondence.
Email: sg81@bk.ru
Russian Federation, г. Сургут; г. Сургут

И. К. Гималтдинов

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Email: sg81@bk.ru
Russian Federation, г. Уфа

References

  1. Sloan E.D., Koh C.A. Clathrate Hydrates of Natural Gases. CRC Press, Taylor & Francis, 2008. 119 p.
  2. Kuhs W.F., Genov G., Staykova D.K., Hansen T. Ice Perfection and Onset of Anomalous Preservation of Gas Hydrates // J. Phys. Chem. 2004. V. 6. P. 4917.
  3. Stern L.A., Circone S., Kirby S.H., Durham W.B. Anomalous Preservation of Pure Methane Hydrate at 1 atm // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. P. 1756.
  4. Бык С.Ш., Макагон Ю.Ф., Фомина В.И. Газовые гидраты. М.: Химия, 1980. 296 с.
  5. Хавкин A.Я. Перспективы создания газогидратной промышленности // Вестн. РАЕН. 2010. Т. 10. № 1. С. 42.
  6. Шагапов В.Ш., Нурисламов О.Р., Хабибуллина А.Р. Отбор газа из гидратосодержащего пласта депрессионным воздействием // Вестн. ТГУ. Матем. и мех. 2012. № 4(20). С. 119.
  7. Вахидова Л.М., Молотов С.А., Смирнова Т.С., Мирабидинов Ш.Н. Особенности освоения газовых гидратов криолитозоны // Вестн. ПНИПУ. Геология. Нефтегаз. и горн. дело. 2013. Т. 12. № 6. С. 23.
  8. Мусакаев Н.Г., Хасанов М.К., Бородин С.Л., Бельских Д.С. Численное исследование процесса разложения гидрата метана при закачке теплого газа в гидратонасыщенную залежь // Вестн. ТГУ. Матем. и мех. 2018. № 56. С. 88.
  9. Уразов Р.Р. Динамика накопления и диссоциации газогидратных отложений в действующих газопроводах. Дис. … канд. физ.-мат. наук. Тюмень: ТГУ, 2005. 121 с.
  10. Шабаров А.Б., Ширшова А.В., Гашева С.С. Влияние физико-химических свойств нефти на газогидратообразование в водонефтяных эмульсиях // Изв. вузов. Нефть и газ. 2014. № 2(104). С. 88.
  11. Молчанов Д.А., Ширшова А.В., Политова С.С. Определение глубины газогидратообразования в нефтяных скважинах с учетом режима ее работы и состава попутного газа // Вестн. ТюмГУ. Физ.-мат. моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2015. Т. 1. № 2. С. 22.
  12. Шагапов В.Ш., Галиакбарова Э.В., Хакимова З.Р. К теории определения месторасположения гидратных отложений в газопроводах акустическим зондированием // Многофазные системы. 2019. Т. 14. № 3. С. 157.
  13. Чиглинцева А.С., Насыров А.А., Чиглинцев И.А., Лепихин С.А. Исследование процесса гидратообразования в откачивающем трубопроводе с теплоизоляционным покрытием при отборе газа из «купола-сепаратора» // Вестн. ТГУ. Матем. и мех. 2020. № 67. С. 144.
  14. Rehder G., Brewer P.W., Peltzer E.T. Enhanced Lifetime of Methane Bubble Streams within the Deep Ocean // Geophys. Res. Lett. 2002. № 29. P. 21.
  15. Донцов В.Е., Накоряков В.Е., Чернов А.А. Ударные волны в воде с пузырьками фреона-12 с образованием гидрата газа // ПМТФ. 2007. Т. 48. № 3. С. 58.
  16. Донцов В.Е., Чернов А.А., Донцов Е.В. Ударные волны и образование гидрата углекислого газа при повышенном начальном давлении в газожидкостной среде // Теплофизика и аэромеханика. 2007. Т. 14. № 1. С. 23.
  17. Шагапов В.Ш., Лепихин С.А., Чиглинцев И.А. Распространение волн сжатия в пузырьковой жидкости // Теплофизика и аэромеханика. 2010. Т. 17. № 2. С. 247.
  18. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987. 360 с.
  19. Суров В.С. Влияние геометрического фактора на распространение ударных волн в дисперсных средах // ТВТ. 1998. Т. 36. № 6. С. 1001.
  20. Галимзянов М.Н., Гималтдинов И.К., Лепихин С.А. Инициирование детонационных волн в каналах переменного сечения, заполненных жидкостью с пузырьками горючего газа // ТВТ. 2010. Т. 48. № 2. С. 234.
  21. Галимзянов М.Н., Лепихин С.А., Чиглинцев И.А. Распространение нелинейных волн в каналах переменного сечения, сопровождаемое образованием гидрата газа // Вестн. СамГУ. Естественнонаучн. сер. 2012. № 3/1(94). С. 103.
  22. Агеев А.А., Волков В.А. Зависимость поверхностного натяжения водных растворов от строения молекул поверхностно-активных веществ и состава адсорбционных слоев // Вестн. Ассоциации вузов туризма и сервиса. 2008. Т. 2. № 4. С. 55.
  23. Кочурова Н.Н., Коротких О.П., Дмитровская М.В. Поверхностное натяжение водных растворов хлорида додециламидоэтилдиметилбензиламмония // ЖПХ. 2004. Т. 77. № 5. С. 853.
  24. Нигматулин Р.И., Шагапов В.Ш., Вахитова Н.К. Проявление сжимаемости несущей фазы при распространении волн в пузырьковой среде // ДАН СССР. 1989. Т. 304. № 35. С. 1077.
  25. Гумеров Н.А. Автомодельный рост слоя газового гидрата, разделяющего газ и жидкость // Изв. РАН. МЖГ. 1992. № 5. С. 78.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the "shock tube": 1 - working section (LPC), 2 - high-pressure chamber, 3 - diaphragm, 4 - sensor.

Download (9KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic diagram of the computational domain.

Download (26KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Curves of maximum values of the Weber number in a cylindrical channel: 1 - in the absence of surfactants in water (σ = 73 × 10–3 N/m), 2 - in the presence of surfactants (σ = 55 × 10–3), 3 - 40 × 10–3; horizontal line - critical value of the Weber number.

Download (11KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Evolution of pressure waves and bubble radius in a cylindrical channel: (a) - in the absence of surfactants, (b), (c) - finer bubbly liquid with bubbles of smaller radius, resistant to crushing; numbers near the curves - time moments in ms.

Download (51KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Pressure (a) and volumetric gas content (b) diagrams in a cylindrical channel: solid line – without bubble fragmentation in the wave, dotted and dotted lines – bubble fragmentation into 4 and 10 fragments due to the addition of surfactant, σ decreases to 55 × 10–3 and 40 × 10–3 N/m.

Download (31KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Curves of maximum values of the Weber number in a conical channel: dotted line – in the presence of surfactant (σ = 40 × 10–3 N/m), solid – without surfactant; horizontal line – critical value of the Weber number.

Download (11KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Diagrams of pressure waves (upper row), bubble radius (middle row) and volumetric gas content (lower row) in a conical channel: (a) – without taking into account bubble fragmentation and in the absence of surfactant in the system, (b) – taking into account bubble fragmentation only due to channel narrowing, (c) – with bubble fragmentation and surfactant added to the medium; numbers near the curves are time moments in ms.

Download (76KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences