Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Расчет режимов подземного хранения  жидких нефтепродуктов

Б.И. Мызникова, И.И. Вертгейм

Институт механики сплошных сред УрО РАН
614013, г. Пермь, ул. Акад. Королева, 1; 
E-mail: iiw@icmm.ru 

В Институте механики сплошных сред Уральского отделения РАН разработана методика изучения процессов тепло- и массопереноса, сопровождающих хранение жидких продуктов в подземном резервуаре. 

При решении проблем экологии, а также в ряде технических приложений учет влияния конвекции имеет определяющее значение для расширения возможностей управления происходящими процессами. Реальные течения жидкостей и газов в природных и технологических объектах, как правило, являются трехмерными и турбулентными. Все это в полной мере относится к проблеме хранения жидкостей в подземных емкостях, природных и техногенных. В этих объектах конвекционное движение жидкости или газа является принципиально неустранимым из-за наличия геотермического градиента температуры. Из-за значительных пространственных масштабов подземных емкостей геотермальная тепловая конвекция оказывается в них чрезвычайно сильной (турбулентной). Именно она определяет тепловой режим емкости и концентрационное состояние жидкости. Примером качественного эффекта, связанного с учетом последнего фактора, является захват газа вихрями жидкости с поверхности раздела в частично заполненном резервуаре. 

Пакет программ, разработанный в ИМСС, позволяет получать стационарные и нестационарные решения и выявлять структуру осредненных полей скорости, температуры и концентрации растворимой примеси в хранимой жидкости [1-3]. Пакет дает возможность анализировать турбулентные пульсации этих величин, принимая во внимание целый ряд важных факторов:

·        зависимость физических свойств хранимых жидкостей от температуры и давления;

·        двухслойность и взаимную диффузию в системе жидкость / газ;     

·        сопряженность теплообмена в полости и окружающем твердом теплопроводном массиве;

·        влияние внутренних источников тепла (химически реагирующие примеси);     

·        поверхностные явления.

Предполагается цилиндрическая геометрия расчетной области и осевая симметрия всех величин (рис. 1). В зависимости от требований к степени точности и детальности результатов возможен выбор из нескольких моделей турбулентности различной сложности.

Рис. 1. Схема расчетной области .

Комплекс программ обеспечивает получение количественных характеристик и критериальных зависимостей сопряженного турбулентного конвективного тепломассообмена в многослойных системах, что позволяет выявить способы оптимального управления технологическим процессом и прогнозировать возникновение нежелательных ситуаций.

Литература:
1.      Казарян В.А., Мызникова Б.И., Непомнящий А.А., Тарунин Е.Л., Черткова Е.А. Численное исследование конвективного теплообмена при хранении жидких углеводородов в подземных резервуарах. - Изв. АН СССР. - Мех. жидкости и газа. - 1981. - № 2. - С. 143-148.
2.      Вертгейм И.И., Черткова Е.А. Турбулентная конвекция в цилиндричееском резервуаре.- Гидродинамика и процессы тепломассообмена.- Свердловск: УрО АН СССР, 1989. - С. 55-66. 
3.      Веpтгейм И.И., Мызникова Б.И. Численное моделиpование ламинаpной и туpбулентной конвекции  в двухслойной системе. - Гидpодинамика: Сб. науч. тpудов / Пеpм.ун-т. - Пеpмь, 1998. - Вып. 11. - с. 88-102.