Экспериментальные исследования и математические модели термогидродинамических процессов в гетерогенных дисперсных системах под воздействием внешних физических полей

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-11-00298

НазваниеЭкспериментальные исследования и математические модели термогидродинамических процессов в гетерогенных дисперсных системах под воздействием внешних физических полей

Руководитель Ковалева Лиана Ароновна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский университет науки и технологий» , Республика Башкортостан

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-311 - Гидромеханика многофазных сред

Ключевые слова водонефтяные эмульсии, бронирующая оболочка, тепловая конвекция, вынужденная конвекция, электромагнитное поле, атомно-силовая микроскопия

Код ГРНТИ30.17.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на экспериментальное и численное исследования термогидродинамических процессов, протекающих в дисперсных системах (водонефтяная эмульсия) при тепловом и электромагнитном воздействии. В ходе реализации проекта предлагается исследовать процессы конвективного перемешивания и расслоения эмульсионной системы, стабилизированной природными высокомолекулярными компонентами, в прямоугольной ячейке под действием теплового и электромагнитного полей высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов. Для этого будет разработан специальный экспериментальный стенд с использованием оптического оборудования с высоким разрешением. Будут определены закономерности расслоения эмульсионной системы при различных режимах тепловой конвекции жидкости в зависимости от параметров воздействия, физико-химических свойств и состава объектов исследования, определены оптимальные параметры физических полей. Математические модели, описывающие процессы тепломассопереноса в дисперсной углеводородной жидкости под действием электромагнитных полей, будут построены на базе современной электро-термогидродинамики необратимых процессов с учетом переменных физико-химических свойств эмульсий и процессов коагуляции и коалесценции капель. Новизна математических моделей заключается во включении в их состав определяющих соотношений для описания процессов разрушения бронирующих оболочек и коагуляции отдельных капель водонефтяной эмульсии. Алгоритм численного решения будет реализован в программном пакете OpenFoam. Моделирование динамики эмульсионной системы будет проводиться с использованием диффузионного приближения. Кроме того, предлагается провести комплекс экспериментальных исследований по определению механических характеристик бронирующей оболочки и силового воздействия электромагнитного поля на полярные компоненты нефти с применением методов атомно-силовой микроскопии и модифицированных в ходе реализации проекта методик. Для контроля физико-химических параметров объектов исследований эксперименты предлагается проводить на модельных эмульсиях, приготовленных по специальной методике. Микрожидкостные устройства и экспериментальные ячейки будут изготавливаться с применением технологии мягкой литографии. Реализация проекта позволит: - улучшить понимание теплофизических процессов протекающих в эмульсионных системах под воздействием внешних физических полей; - определить положительные и отрицательные аспекты влияния конвективных течений в жидкости на процесс расслоения эмульсионных систем при тепловом и электромагнитном воздействии на них; - пополнить теоретическую и экспериментальную базы знаний о процессах тепломассопереноса в высокоустойчивых эмульсионных системах; - получить новые знания для практического использования электромагнитной технологии разрушения высокоустойчивых эмульсий и для разработки технических нововведений для снижения потерь при промысловой подготовке нефти, предотвращения образования нефтяных шламов, а также их безопасной и эффективной утилизации.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Замула Ю.С., Валиуллина В.И., Мусин А.А., Тухбатова Э.Р., Ковалева Л.А. Исследование динамики гравитационного расслоения дисперсной системы в ограниченном пространстве Сборник трудов Пятой международной научной конференции-школы молодых ученых «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах», Москва, 23-25 октября 2019 г. – М.: ООО «Принт Про», 2019, С.62-63 (год публикации - 2019)

2. Ковалева Л.А., Зиннатуллин Р.Р., Султангужин Р.Ф., Габдрафиков А.Ф. Исследование степени воздействия ВЧ и СВЧ электромагнитных полей на водонефтяные эмульсии Сборник трудов Пятой международной научной конференции-школы молодых ученых «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах», Москва, 23-25 октября 2019 г. – М.: ООО «Принт Про», 2019, С.88-90 (год публикации - 2019)

3. Тухбатова Э.Р., Юлмухаметова Р.Р., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Исследование термогидродинамических процессов в водонефтяных эмульсиях при термическом воздействии Сборник трудов Пятой международной научной конференции-школы молодых ученых «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах», Москва, 23-25 октября 2019 г. – М.: ООО «Принт Про», 2019, С.138-140 (год публикации - 2019)

4. Замула Ю.С., Юлмухаметова Р.Р., Гимадеев А.В., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Моделирование течения вязкой несжимаемой жидкости с диспергированными частицами в канале прямоугольного сечения Сборник тезисов IV Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика», Ялта, 15-22 сентября 2019 г. – Новосибирск.: Институт теплофизики СО РАН, 2019, С.70 (год публикации - 2019)

5. Тухбатова Э.Р., Замула Ю.С., Мусин А.А., Валиуллина В.И. Исследование влияния свободноконвективных течений в водонефтяной эмульсии на процесс ее расслоения Аннотации докладов XII Всероссийского съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Уфа, 19-24 августа 2019 г. – Уфа: РИЦ БашГУ, 2019, С.162 (год публикации - 2019)

6. Тухбатова Э.Р., Замула Ю.С., Валиуллина В.И., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Experimental and numerical study of the natural convection in dispersed systems in a heated rectangular cell Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1359. - Paper No.012112 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1359/1/012112

7. Зиннатуллин Р.Р., Ковалева Л.А., Султангужин Р.Ф., Габдрафиков А.Ф. Destruction of water-in-oil emulsions in electromagnetic fields Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1359. - Paper No. 012120 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1359/1/012120

8. Зиннатуллин Р.Р., Султангужин Р.Ф., Габдрафиков А.Ф., Гайнетдинов Э.Ф., Ковалева Л.А. Исследование влияния ВЧ и СВЧ электромагнитных полей на разрушение водонефтяных эмульсий Сборник тезисов IV Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика», Ялта, 15-22 сентября 2019 г. – Новосибирск.: Институт теплофизики СО РАН, 2019, С.71 (год публикации - 2019)

9. Султангужин Р.Ф., Зиннатуллин Р.Р., Ковалева Л.А. Исследование процессов взаимодействия электромагнитных полей с нефтенасыщенными дисперсными системами Сборник тезисов IV Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика», Ялта, 15-22 сентября 2019 г. – Новосибирск.: Институт теплофизики СО РАН, 2019, С.85 (год публикации - 2019)

10. Тухбатова Э.Р., Замула Ю.С., Валиуллина В.И., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Исследование динамики дисперсных систем в ячейке прямоугольного сечения при подогреве ее граней Сборник тезисов IV Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика», Ялта, 15-22 сентября 2019 г. – Новосибирск.: Институт теплофизики СО РАН, 2019, С.222 (год публикации - 2019)

11. Юлмухаметова Р.Р., Замула Ю.С., Мусин А.А., Гимадеев А.В. Моделирование течения вязкой несжимаемой жидкости со взвешенными частицами в канале прямоугольного сечения Аннотации докладов XII Всероссийского съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Уфа, 19-24 августа 2019 г. – Уфа: РИЦ БашГУ, 2019, С.165 (год публикации - 2019)

12. Султангужин Р.Ф., Ковалева Л.А., Зиннатуллин Р.Р. Radio Frequency and Microwave Impact on Source Rock Conference Proceedings - 2019 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves, RSEMW 2019, C.488-491 (год публикации - 2019)
10.1109/RSEMW.2019.8792780

13. Замула Ю.С., Юлмухаметова Р.Р., Мусин А.А., Шашков А.В., Ковалева Л.А. Experimental and numerical modeling of a viscous incompressible fluid flow with dispersed particles in a rectangular channel Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1359. - Paper No. 012039 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1359/1/012039

14. Замула Ю.С., Валиуллина В.И., Мусин А.А., Тухбатова Э.Р., Ковалева Л.А. Экспериментальное моделирование динамики осаждения твердых сферических частиц, диспергированных в вязкой жидкости Вестник Башкирского университета, Т.24, №4. - С.818-823 (год публикации - 2019)

15. Ковалева Л.А., Зиннатуллин Р.Р., Султангужин Р.Ф. Investigation of the influence of low frequency electric fields on model water-in-oil emulsions Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1675. Paper No. 012104 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1675/1/012104

16. Ковалева Л.А., Зиннатуллин Р.Р., Султангужин Р.Ф., Габдрафиков А.Ф., Гайнетдинов Э.Ф., Грехов И.В., Тарасевич С.А., Богданов А.В. Лабораторные исследования фазоразделения водонефтяных эмульсий в высокочастотных и сверхвысокочастотных электромагнитных полях Нефтегазовое дело, Т. 18. № 4. С. 80-86 (год публикации - 2020)
10.17122/ngdelo-2020-4-80-86

17. Султангужин Р.Ф., Зиннатуллин Р.Р., Ковалева Л.А. Исследование влияния электромагнитных полей на водонефтяные эмульсии Тезисы докладов V Всероссийской конференции «Теплофизика и физическая гидродинамика» (ТФГ2020) с элементами школы молодых ученых и научной молодёжной школы «Теплофизика и физическая гидродинамика: современные вызовы», С. 203 (год публикации - 2020)

18. Валиуллина В.И.,Муллаянов А.И., Мусин А.А.,Киреев В.Н., Ковалева Л.А. Экспериментальное исследование и математическое моделирование гравитационного расслоения полидисперсной эмульсии типа вода в масле Тезисы докладов V Всероссийской конференции «Теплофизика и физическая гидродинамика» (ТФГ2020) с элементами школы молодых ученых и научной молодёжной школы «Теплофизика и физическая гидродинамика: современные вызовы», С. 57 (год публикации - 2020)

19. Валиуллина В.И.,Муллаянов А.И., Мусин А.А.,Киреев В.Н., Ковалева Л.А. Experimental and numerical study of gravitational sedimentation of the polydisperse water-in-oil emulsion Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1675. Paper No. 012025 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1675/1/012025

20. Валиуллина В.И., Султангужин Р.Ф., Замула Ю.С., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Experimental study of the thermal motion of a model emulsion in a rectangular cavity with heating walls Abstract of XLVIII International Summer School-Conference "Advanced Problems in Mechanics", С. 73 (год публикации - 2020)

21. Муллаянов А.И., Мусин А.А., Зиннатуллин Р.Р., Ковалева Л.А. Воздействие неоднородного электрического поля на водонефтяную эмульсию в микрожидкостной ячейке Многофазные системы, №1-2.C. 67 (год публикации - 2020)
10.21662/mfs2020.1

22. Ковалева Л.А., Зиннатуллин Р.Р., Мусин А.А., Габдрафиков А.Ф., Султангужин Р.Ф., Киреев В.Н. Influence of Radio-Frequency and Microwave Electromagnetic Treatment on Water-in-Oil Emulsion Separation Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (год публикации - 2021)

23. Зиннатуллин Р.Р., Султангужин Р.Ф., Габдрафиков А.Ф., Ковалева Л.А. Исследования диэлектрических свойств нефтяных дисперсных систем от соотношения асфальтосмолистых веществ Теплофизика высоких температур (год публикации - 2021)

24. Замула Ю.С., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Microstructure study of asphaltene emulsion by atomic force microscopy Abstract of XLVIII International Summer School-Conference "Advanced Problems in Mechanics", С. 80 (год публикации - 2020)

25. Валиуллина В.И., Замула Ю.С., Мусин А.А., Тухбатова Э.Р. Моделирование теплового движения дисперсной системы в замкнутой полости прямоугольного сечения при подогреве нижней грани Материалы 26-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, С.396-397 (год публикации - 2020)

26. Осипова Р.Ш., Муллаянов А.И., Мусин. А.А. Экспериментальное исследование оседания капель воды в масле в неизотермических условиях Тезисы докладов XI Международной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ МАТЕМАТИКА И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ", С.210 (год публикации - 2020)

27. Валиуллина В.И., Муллаянов А.И., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Experimental study of the stratification of polydisperse emulsions in a cell with heated walls Journal of Physics: Conference Series, Vol. 2057. Paper No. 012041 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2057/1/012041

28. Ковалева Л.А., Зиннатуллин Р.Р., Мусин А.А., Габдрафиков А., Султангужин Р.Ф., Киреев В.Н. Influence of radio-frequency and microwave electromagnetic treatment on water-in-oil emulsion separation Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 614. Paper No. 126081 (год публикации - 2021)
10.1016/j.colsurfa.2020.126081

29. Зиннатуллин Р.Р., Ковалева Л.А. Исследования диэлектрических свойств нефтяных дисперсных систем в зависимости от соотношения асфальтосмолистых веществ Письма в ЖТФ, Т. 48, № 4, С. 41-43 (год публикации - 2022)

30. Замула Ю.С., Мусин А.А., Мавлетов М.В., Ковалева Л.А. Determination of the effective surface tension at the interface in water-in-oil emulsion using AFM Book of abstracts. XLIX International conference “Advanced Problems in Mechanics”, St. Petersburg, June 21-25, 2021, P. 76-77 (год публикации - 2021)

31. Гимадеев А.В., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Численное исследование неизотермического осаждения капель воды в эмульсии Вестник Башкирского университета, Т. 26, №4. С. 871-876 (год публикации - 2021)

32. Муллаянов А.И., Осипова Р.Ш., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Исследование процесса коалесценции капель эмульсии в неоднородном переменном электрическом поле при наличии межфазной асфальтеновой пленки на границе раздела масло-вода Письма в ЖТФ, Т. 48. №2. С. 27-29 (год публикации - 2022)
10.21883/PJTF.2022.02.51917.18768

33. Валиуллина В.И., Муллаянов А.И., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Экспериментальное исследование эффективности влияния низкочастотного электрического поля на расслоение эмульсий типа «вода в масле» Тезисы докладов ХII Международной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании», посвященной 100-летию профессора БашГУ М.М. Фарзтдинова, Уфа, 6-9 октября 2021, С. 248 (год публикации - 2021)

34. Замула Ю.С. Определение механических свойств капель с оболочкой на атомно-силовом микроскопе Тезисы докладов ХII Международной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании», посвященной 100-летию профессора БашГУ М.М. Фарзтдинова, Уфа, 6-9 октября 2021, С. 249 (год публикации - 2021)

35. Осипова Р.Ш., Муллаянов А.И., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Эмульсия в неоднородном переменном электрическом поле Сборник тезисов докладов VI Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика», Севастополь, 22-29 августа 2021, С. 259 (год публикации - 2021)

36. Замула Ю.С., Мусин А.А., Мавлетов М.В., Ковалева Л.А. Определение эффективного поверхностного натяжения на границе раздела фаз в водонефтяной эмульсии с помощью атомно-силового микроскопа Сборник тезисов докладов VI Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика», Севастополь, 22-29 августа 2021, С. 246 (год публикации - 2021)

37. Валиуллина В.И., Мусин А.А. Исследование влияния теплового нагрева на процесс расслоения эмульсий типа «вода в масле» Материалы VII Межрегиональной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых-физиков «Теоретические и экспериментальные исследования нелинейных процессов в конденсированных средах», Уфа, 20-21 мая 2021, С. 225-226 (год публикации - 2021)

38. Осипова Р.Ш., Муллаянов А.И, Ковалева Л.А. Экспериментальное изучение вытеснения вязкой жидкости в модельной пористой среде Материалы VII Межрегиональной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых-физиков «Теоретические и экспериментальные исследования нелинейных процессов в конденсированных средах», Уфа, 20-21 мая 2021, С. 210 (год публикации - 2021)

39. Гимадеев А.В., Мусин А.А. Моделирование расслоения водонефтяной эмульсии в неизотермических условиях Материалы VII Межрегиональной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых-физиков «Теоретические и экспериментальные исследования нелинейных процессов в конденсированных средах», Уфа, 20-21 мая 2021, С. 188 (год публикации - 2021)

40. Галеев Р.Р., Муллаянов А.И., Мусин А.А., Ковалева Л.А., Валиуллина В.И. Study of an emulsion under the action of an electric field in the presence of a hydrodynamic flow Book of abstracts. XLIX International conference “Advanced Problems in Mechanics”, St. Petersburg, June 21-25, 2021, P. 16-17 (год публикации - 2021)

41. Осипова Р.Ш., Муллаянов А.И., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Separation of emulsions under the action of an inhomogeneous alternating electric field Book of abstracts. XLIX International conference “Advanced Problems in Mechanics”, St. Petersburg, June 21-25, 2021, P. 49 (год публикации - 2021)

42. Валиуллина В.И., Галеев Р.Р., Шайситдикова И.И., Муллаянов А.И., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Investigation of the low-frequency electrical effect on the emulsion in the presence of convective flows Book of abstracts. XLIX International conference “Advanced Problems in Mechanics”, St. Petersburg, June 21-25, 2021, P. 73 (год публикации - 2021)

43. Гимадеев А.В., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Study of the non-isothermal separation of water drops in the emulsion taking into account the dependence of the viscosity of the oil on temperature Book of abstracts. XLIX International conference “Advanced Problems in Mechanics”, St. Petersburg, June 21-25, 2021, P. 18-19 (год публикации - 2021)

44. Валиуллина В.И. Мусин А.А. Исследование влияния теплового нагрева на процесс разрушения нефтешламовых эмульсий при электромагнитном воздействии Тезисы докладов XIX Всероссийской конференции-конкурса студентов и аспирантов «Актуальные проблемы недропользования», Санкт-Петербург, 31 мая-6 июня 2021, С. 107-109 (год публикации - 2021)

45. Валиуллина В.И., Замула Ю.С., Муллаянов А.И., Юлмухаметова Р.Р., Мусин А.А., Ковалева Л.А. Experimental and numerical study of the water-in-oil emulsion thermal motion in rectangular cavity with a heated bottom Lecture Notes in Mechanical Engineering (год публикации - 2022)

Публикации