Оценка индивидуального сейсмического риска. Программа Научные и научнопедагогические кадры инновационной России
 Скачать 8 Mb.
|
|
Р.А. Марунчак, И.Н. Завьялов marunchak_roman@mail.ru, Московский физико-технический институт (государственный университет) Моделирование работы биогазового реактора и оптимизация механизмов гомогенизации его содержимого Переработка органических отходов с применением процесса анаэробного сбраживания является перспективным направлением биоэнергетики. Процесс разложения биомассы происходит в реакторах метантэнках при постоянной температуре без доступа кислорода в течение длительного времени. Так как компоненты субстрата разделяются под действием массовых сил, тона поверхности возникает плавающая корка, затрудняющая выделение биогаза. Для увеличения производительности биореактора без увеличения его объема необходимо производить гомогенизацию субстрата. Она может осуществляться как на этапе предварительной обработки субстрата с помощью биологических (энзимы) и кавитационных деструк- торов, таки вовремя процесса сбраживания благодаря периодическому перемешиванию [1]. Перемешивание осуществляется механическими мешалками различной формы, гидравлическими устройствами, перекачивающими субстрат, или избыточным давлением пропускаемого через реактор биогаза. Наиболее распространены небольшие погруженные в субстрат смесители (44%), осевые низкооборотные мешалки различной величины (16%) и пневматические системы (12%) [2]. При организации перемешивания необходимо выполнение следующих критериев эффективное и быстрое смешивание свежего и переработанного субстрата в реакторах непрерывного типа предотвращение пенообразования; выравнивание температур и кислотности в разных частях реактора и разрушение плавающей на поверхности корки. В данной работе рассматриваются способы внешнего воздействия на субстрат, помещенный в метантэнк. Моделирование этих механизмов позволяет определить оптимальный способ гомогенизации содержимого биореактора в зависимости от физических параметров суб- Секция прикладной механики 137 страта и необходимой производительности установки. Целью работы является повышение КПД установки путем уменьшения затрат энергии на осуществление гомогенизации. Основной идеей является проработка комбинаций механических, гидравлических и пневматических перемешивающих систем, включая те, которые еще не применяются на практике. Для моделирования реактора и различных механизмов воздействия на субстрат предлагается использовать стандартный пакет программ моделирования движения жидкости и газа FlowVision. Литература 1. Федоренко В.Ф., Буклагин Д.С., Мишуров Н.П., Тихонра- вов В.С. Развитие биоэнергетики, экологическая и продовольственная безопасность. — М ФГНУ «Росинформагротех», 2009. — 144 с. Biogas from Waste and Renewable Resources / ed. by D. Deublein, A. Steinhauser — Weinheim: Wiley-VCH, 2008. — 443 p. 3. Орсик Л.С. и др. Биоэнергетика мировой опыт и прогнозы развития. — М ФГНУ «Росинформагротех», 2008. — 404 с. УДК 532.546, 622.276 С.П. Родионов, П.Н. Соляной, В.П. Косяков, sol_p@mail.ru, Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН 2 ЗАО «Конкорд» 3 Тюменский государственный университет Исследование эффективности различных схем расстановки скважин в зонально-неоднородном нефтяном пласте Нефтяной пласт является весьма неоднородным объектом. Структура неоднородностей нефтяного пласта обусловлена условиями осадконакопления и последующими постседиментационными процессами формирования пород, такими как консолидация частиц скелета, деформация пласта под воздействием тектонических сил, метаморфические превращения. В результате всех этих процессов формируют я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 ся неоднородности пласта по проницаемости, фазовой проницаемости и другим физико-химическим свойствам, имеющие широкий спектр масштабов и форм. В частности, баровые тела и русловые отложения, как правило, имеют высокую проницаемость по сравнению с пойменными и дельтовыми отложениями. Существующие исследования показывают, что наиболее типичными формами неоднородностей являются маловытянутые компактные образования, тела, сильно вытянутые водном из направлений и вмещающие тела. При численном исследовании влияния неоднородностей нефтяного пласта на процесс вытеснения нефти водой большое разнообразие форм неоднородностей необходимо свести к нескольким типам. Такая формализация позволяет использовать результаты численного исследования при анализе процессов вытеснения в условиях неоднородного природного пласта. В настоящей работе в рамках теории двухфазной фильтрации водно- и двумерной постановках выполнено численное исследование эффективности различных схем расстановок скважин относительно зональных неоднородностей пласта по значению коэффициента извлечения нефти (КИН) при различных параметрах задачи размеров неоднородностей, их формы и проницаемости, а также вязкостей нефти и воды. Получены аналитические решения одномерной задачи вытеснения нефти водой из зонально-неоднородного пласта по схемам Баклея–Леверетта и Лейбензона–Маскета в области (0 x L), состоящей из двух прилегающих друг к другу зон 1 (0 x L 1 ) и (L 1 x L). При этом нагнетательный или добывающий ряды скважин могут иметь координаты x = 0 и x = На основе полученных точных решений одномерной задачи о вытеснении нефти водой из зонально-неоднородного пласта по схеме Лейбензона–Маскета, эксплуатируемого галереей скважин, показано, что критерий выбора варианта размещения нагнетательного и добывающего рядов, при котором достигается наибольший КИН, формулируется следующим образом. Для размещения нагнетательного ряда скважин в зоне 1 (x = 0), а добывающего — в зоне 2 (x = должны выполняться следующие условия для параметров задачи и 1 < k 2 ϕ 2 ω 2 или и 1 > k 2 ϕ 2 ω 2 где k i , и ω i — соответственно проницаемость, пористость и площадь поперечного сечения для й зоны (i = 1; 2); и μ w — дина Секция прикладной механики 139 мические вязкости нефти и воды. В остальных случаях нагнетание воды необходимо производить в зону 2 (x = L), а добычу нефти — из зоны 1 (x = Сформулированный выше аналитический критерий подтверждают исследования других авторов, выполненные на электроинтеграто- реи на гидродинамическом симуляторе Литература. Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика М Недра, 1993. 2. Пономарев А.Г. Исследование эффективности систем разработки при заводнении зонально-неоднородных пластов дисc. ... канд. техн. наук. — Мс. Никифоров СВ. Оптимизация систем разработки нефтяных месторождений на поздней стадии эксплуатации дисc. ... канд. техн. наук. — Тюмень, 2006. — 158 с. УДК 531.781 В.В. Сошенко, И.А. Ходаковский soshenko.v@gmail.com, Московский физико-технический институт (государственный университет) Разработка средства измерения тяги реактивного микродвигателя на основе исследования акустической волны Использование сверхмалых космических аппаратов (1..10kg) на орбите требует более точных методов позиционирования, включая двигатели, способные давать импульсную тягу 10 −3 N . Для исследования характеристик данных двигателей необходимы соответствующие измерители. Целью этой работы являлась разработка устройства, способного измерить силу 10 −3 N при импульсном воздействии с частотой следования импульсов до Данную точность измерения силы могут дать точные электронные весы. Из-за большого времени отклика ( ∼ 1s) они не подходят я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 для этой задачи. Рассматривались варианты использования тензове- сов, где чувствительным элементом является резистор, меняющий свое сопротивление при нагрузке. Но данная схема не обеспечивает достаточной точности. В качестве чувствительного элемента было решено использовать электретный микрофон. Его чувствительность позволяет измерять импульсное усилие 10 −2 N с точностью допри разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя в 0,1 мВ. Полоса пропускания микрофона (30..10 4 Hz) позволяет регистрировать импульсы, следующие с требуемой частотой. Для измерения направления вектора усилия используется поле из микрофонов, закрепленное на дне ванночки с силиконовой жидкостью. В этой же ванночке плавает платформа, на которой установлен исследуемый микродвигатель. При генерации двигателем импульса тяги величиной F платформа передает энергию в жидкость в виде акустической волны. Амплитуда давления в волне будет равна ΔP = F S . Данную величину регистрируют микрофоны. Таким образом, цель работы достигнута — разработан макет векторного измерителя сверхмалой тяги с чувствительностью и полосой пропускания Следующим этапом исследования будет создание средств математической обработки сигналов с целью компенсации переотражений в ванночке и получения искомого вектора направления и последующая калибровка устройства Секция прикладной механики 141 УДК 539.3 Р.Н. Юльметов, В.И. Кондауров renat_yulmetov@yahoo.com, Московский физико-технический институт (государственный университет) Континуальная модель промерзания грунта Моделирование криогенных процессов в почве является важным фактором при строительстве жилых и промышленных объектов, особенно в районах с наличием вечной мерзлоты. При сезонном нагревании и охлаждении почвы возможны осаждения фундаментов зданий, искривления трубопроводов, дорог. Плотность воды больше, чем плотность льда, поэтому при сезонной заморозке почвы в грунте появляются напряжения. Это приводит к деформации пористой структуры почвы и к последующей консолидации вовремя летней разморозки. В настоящее время существует несколько методов, основанных на решении задачи Стефана, но они не учитывают упругость материала, не позволяют решить задачу о фильтрации жидкости сквозь пористый материал с учетом переменной пористости и проницаемости, а также недостаточно точно описывают поведение среды при фазовых переходах. В данной работе предложена модель термоупругой пористой среды с фазовыми переходами. Сформулированы законы сохранения массы, импульса, энергии, особенностью которых является наличие параметра фазового перехода. Физический смысл этого параметра доля массы скелета, ушедшая в результате таяния. Состояние среды характеризуется давлением, температурой, тензором деформации и глубиной фазового перехода. Найдена общая форма определяющих соотношений, необходимая и достаточная для выполнения принципов термодинамической согласованности и независимости от выбора системы отсчёта, включающая уравнение кинетики для параметра фазового превращения. В приближении малых деформаций, изменений давления и температуры получена линеаризованная форма определяющих соотношений. В рамках приближения мгновенной кинетики рассмотрена задача о таянии полупространства. Всё полупространство разбивается натри участка) весь лёд, намороженный на скелет, растаял, пористую среду насыщает только вода я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 2) скелет разморожен не полностью, в поровом пространстве присутствуют как лёд, таки вода) скелет заморожен полностью, никакой воды в порах нет. Для каждого из этих участков решается система дифференциальных уравнений относительно двух неизвестных — давления и температуры. Для первого и третьего участков дифференциальные уравнения второго порядка имеют аналитическое решение, на втором участке решение ищется численным методом. Решения натр х участках гладко сшиваются. В результате получена зависимость давления и температуры от автомодельной переменной. Задача решена при различных параметрах, которые влияют на кинетику фазового превращения. На основании этих данных можно посчитать деформации в среде и параметр фазового превращения в разные моменты времени. Литература 1. Кондауров В.И. Механика и термодинамика насыщенной пористой среды. — М МФТИ, 2007. — 310 с. Coussy O. Poromechanics. — Chichester: John Wiley & Sons, Ltd, 2004. — 295 с. Ландау Л.Д., Лифшиц ЕМ. Теоретическая физика учебное пособие. Т. 6. Гидродинамика. — М Наука, 1986. — 736 с Секция технической кибернетики УДК 519.688 Е.С. Баулин Evgeny.Baulin@honeywell.com Московский физико-технический институт (государственный университет) ЗАО «Хоневелл» Составление календарных планов работы нефтеперерабатывающих предприятий по суткам Задача календарного планирования работы (КП) завода по суткам это задача многопериодного планирования, которая решается на тот же расчетный период, что и задача производственного (месячного) планирования, нос детализацией по суткам на ближайший отрезок времени. Решая задачу составления плана работы по суткам, необходимо выполнить план, полученный при решении задачи месячного планирования, с учетом логистических правил работы завода, отражающих технологические аспекты производства. Календарные планы должны рассчитываться с учетом отработанного факта. То есть сначала составляется график работы завода на первую неделю. Получив фактические данные по результатам работы завода за неделю, составляется план наследующую неделю. Фактическая информация должна обновляться ежедневно и включать данные о количестве и свойствах запасов о допустимых режимах работы установок фактические материальные балансы установок. Для решения задачи календарного планирования используется система моделирования нефтехимии и нефтепереработки класса Подобные системы внедрены на многих заводах в мире, в том числе в России. Задача календарного планирования решается с помощью LP-моделей как задача многопериодного планирования = T t =1 N i =1 c t i x t i − T t =1 N i =1 d t i x t i , F → max , (1) 144 я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 N i =1 a t ir x t i = b t r , t = 1, ..., T, (2) q i T t =1 x t i q i , i ∈ I 0 , (3) y t +1 i = y t i + i ∈ I + x t i − i ∈ I − x t i ; 0 y t i S t i ; t = 1, ..., T − Здесь F — прибыль, x t i — переменные задачи, продукты в период t; y t i — запасы продукта к концу периода t; I + — множество потоков продукта, пополняющих запас I − — множество потоков продукта, расходующих запас a t ir — коэффициенты матрицы A t {a t ir }, отражающей технологические, экономические аспекты задачи, а также логические правила работы завода c t i — цены, b t r , q i , q i , S t i — правые части ограничений I 0 — множество общих ограничений навесь горизонт планирования T . Переменные помимо величин потоков могут включать и другие переменные модели нагрузки установок, затраты энергоносителей и др, линейно зависящие от величин потоков. Длительность периодов t может меняться, весь горизонт планирования фиксирован T Литература. Любимов Ю.Б., Баулин Е.С. Взаимосвязь задач текущего планирования и составления расписаний НПЗ. // Автоматизация в промышленности С. 3--7. Секция технической кибернетики 145 УДК ИО. Золотов Zolotov.Igor@gmail.com Московский физико-технический институт (государственный университет) Обособенности стартовых течений в нефтепроводах Для расчета нестационарного течения жидкости в трубопроводе в качестве замыкания математической модели зачастую используют теорию квазистационарности, созданную С.А. Христиановичем Согласно этой теории, напряжение трения на стенке трубы зависит только от величины мгновенной средней скорости, и эта зависимость имеет тот же вид, что и при установившемся течении. Модель течения, полученная из этого предположения, получила название квазистационарной модели течения. В дальнейшем она была хорошо развита И.А. Чарным Однако, как показывают эксперименты, данная модель не всегда корректно описывает нестационарные течения в случае ускоренного или замедленного течения жидкости. Особенное место занимает процесс образования течения в трубопроводе из состояния покоя. Классическими в этой области можно назвать эксперименты У.Р. Лийва проведенные для случая равноускоренного течения жидкости в диапазоне ускорений 0,68 div мс. Согласно результатам этих экспериментов при ускоренных течениях ламинарность потока существенно затягивается, и существует точка перехода (турбулезации потока, после которой резко возрастают потери напора. В данной работе рассмотрены результаты ряда проведенных экспериментов по затуханию фронта давления при различных пусках х магистральных нефтепроводов. Данные течения не являются равноускоренными, а средние значения ускорения потока для них в начальные моменты составляют порядкам с, что заметно меньше, чем те же значения в экспериментах [3]. Для данных течений был выявлен ряд особенностей, касающихся потерь напора в начальные моменты течения, соответствующие промежутку времени от начала возникновения течения до развитого турбулентного течения я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 Литература 1. Христианович С.А. Неустановившееся движение в каналах и реках // Некоторые новые вопросы механики сплошной среды. — М.: Изд-во АН СССР, 1938. — С. 15--154. 2. |