Филиппов А.И., Ишмуратов Т.А., Янбекова А.И.

Стерлитамакская государственная педагогическая академия, Россия

Квазистационарные режимы работы нефтесборщика

Созданная к настоящему времени сеть трубопроводов, резервуаров и других устройств транспортировки, хранения и переработки нефти не обладает высокой надежностью в связи с особенностями эксплуатации неизбежно приводит к потере нефтебитумов на водную поверхность. Масштабы загрязнения окружающей среды настолько велики, что рассматриваются проекты переработки собираемой нефти. Поэтому важнейшей экологической и технической проблемой является сбор нефтебитумов с поверхности воды, поскольку образовавшееся нефтяное пятно негативно влияет на окружающую экосистему и может привести к необратимым процессам.

Рис. 1. К описанию температурных полей в нефтесборщике

Одним из оптимальных вариантов процесса сбора жидких углеводородов с водной поверхности в холодный период времени является использование роторного нефтесборщика с подогреваемой поверхностью, на рис. 1 изображено его схематическое представление. Вращающийся барабан радиусом R, захватывает нефтяной слой и транспортирует в резервуар. Для того чтобы затвердевший нефтебитум попадал на вращающуюся поверхность в цилиндр, подают горячий пар. В результате чего нефтяной слой плавится и увлекается в специальную накопительную емкость.

Для описания температурных эффектов вводятся понятия зоны расплава, в которой разлитый нефтепродукт находится в жидком состоянии и зоны прогрева, где температура меняется от температуры фазового перехода Т_f до естественной температуры Т₀. Зоны прогрева и расплава представляют область температурных возмущений.

В работе [1] показано, что температурное поле в зоне расплава для задачи о плавлении нефти нефтесборщиком, заданным уравнением теплопроводности для жидкой фазы

,

(1)

и твердой

, ,

(2)

с начальными и граничными условиями

(3)

и условием Стефана для теплового потока

,

(5)

имеют распределение температуры, которое с высокой точностью описывается линейной зависимостью. Фактически это означает, что можно воспользоваться квазистационарным уравнением теплопроводности в зоне расплава , в которое время входит параметрически. С учетом этого получим температурную задачу Стефана для подвижного нефтесборщика без учета теплоотдачи в окружающую среду для жидкой фазы

,

(1)

Рассмотрим случай, когда , в этом случае постановка задачи имеет вид

, ,

, ,

,

,

а его решение представится в виде

,

,

где постоянная определяется из выражения

.

Как показали анализы результатов, расхождение между моделями с учетом квазистационарного режима и без, составляет .

Итак, на основе модифицированной задачи Стефана в квазистационарном режиме для неподвижного нефтесборщика построены зависимости температурных полей от различных параметров нефтебитума.

Литература.

1. Филиппов А.И., Фаттахов Р.Г., Ишмуратов Т.А. К теории нефтесборщика, работающего в режиме плавления // Инженерная физика. 2008 г., № 4, с. 3 – 7.

2. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Просвещение, 1999. 799 с.