No abstract

No abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью определения уровня энергии физических воздействий на высоковязкие нефти с целью их подготовки к транспорту. Эти знания актуальны для проектирования ультразвуковых установок по изменению реологических свойств нефти. Цель: определение уровней акустической энергии в слоях многослойной акустической системы при разных частотах воздействия для выявления резонансных режимов работы механической системы «излучатель–нефть» с целью подготовки нефти к транспорту. Объекты: механическая многослойная система «излучатель–нефть», конструкция которой определяется способом внесения энергии и резонансной частотой конкретного слоя системы. Методы: математическое моделирование процесса ультразвукового излучения с определением энергии прохождения, поглощения и отражения в каждом слое механической системы «излучатель–нефть», определение резонансных частот с максимальным уровнем энергии в нефтяном слое. Результаты. Разработана математическая модель многослойной акустической системы, позволяющая рассчитать энергию акустического излучения в каждом слой системы. Частотные характеристики акустического излучения позволяют определить резонансные режимы в каждом слое системы, в том числе в нефти. Знания уровня акустической энергии в последующем позволит определить изменения реологических свойств нефти, в том числе и от нагрева. Выводы. Математическая модель распространения ультразвука в многослойной среде позволяет рассчитать энергию в каждом слое акустической системы при различных частотах возбуждения источника колебаний с различными соотношениями длины волны в слое и толщины данного слоя. Наличие отраженных волн в каждом слое создает череду резонансов (режимов стоячих волн). Частотные характеристики с учетом интерференционной картины поля отражают картину проникновения энергии в слои и показывают, что за счет образования стоячих волн (резонансов) энергия в нефти может быть близка к энергии излучателя. Акустическая энергия в слое нефти падает в зависимости от увеличения исходной вязкости. Данная математическая модель позволяет рассчитать конструкцию акустической системы для подготовки нефти и углеводородных топлив к транспорту, подготовки топлив к сжиганию, подготовки масел к эксплуатации в условиях Арктики и Антарктики.

Ссылка для цитирования: Азин А.В., Богданов Е.П., Рикконен С.В. Моделирование передачи акустической энергии через многослойную систему для изменения реологических свойств углеводородов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 3. – С. 186-196. Актуальность исследования обусловлена необходимостью определения уровня акустической энергии ультразвукового излучения, проходящего через многослойную конструкцию. Знание уровня акустической энергии актуально для проектирования ультразвуковых установок по изменению реологических свойств углеводородных топлив при эксплуатации энергетических объектов в условиях Арктики и Антарктики. Цель состоит в разработке математической модели распространения ультразвукового излучения в многослойной системе с определением энергии в каждом слое при учете конструкции ультразвукового излучателя резонансного типа. Объекты: ультразвуковой излучатель резонансного типа, многослойная система, физическая модель системы «ультразвуковой излучатель – многослойная система». Методы: математическое моделирование распространения ультразвукового излучения в многослойной системе, учитывающее влияние: конструкции ультразвукового излучателя резонансного типа, его режима работы, количество слоев и механические свойства материалов многослойной системы; экспериментальные исследования на основе физической модели системы «ультразвуковой излучатель – многослойная система»; верификация математической модели на основе полученных экспериментальных данных. Результаты. Разработанная математическая модель позволяет определить энергию и частотные характеристики акустического излучения в каждом слое многослойной системы. Знание уровня акустической энергии при дальнейших исследованиях позволит определить изменения реологических свойств среды, в том числе и от нагрева. Проведены экспериментальные исследования работы ультразвукового излучателя резонансного типа при нагрузке в виде одного слоя полиметилметакрилата, двух слоев полиметилметакрилата и трех слоев полиметилметакрилата. Расчетные данные согласуются с экспериментами, погрешность не превышает 15 %. Выводы. Разработанная математическая модель позволяет спроектировать конструкцию ультразвукового излучателя резонансного типа и подобрать по мощности и диапазону частот необходимый источник питания для лабораторных исследований углеводородного сырья.

Ссылка для цитирования:  Математическое моделирование ультразвукового излучателя резонансного типа для подготовки высоковязкой нефти к транспорту / А.А. Азин, Е.П. Богданов, Н.Н. Марицкий, С.А. Пономарев, С.В. Пономарев // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332. – № 11. – С. 161-169 Актуальность данного исследования обусловлена тем, что для повышения эффективности (производительности) ультразвукового метода подготовки высоковязкой нефти к транспорту необходимо полностью учитывать все особенности конструкции ультразвукового излучателя с целью дальнейшего полного энергетического согласования колебательной системы «излучатель–нагрузка». Цель: разработка математической модели ультразвукового излучателя резонансного типа c учетом влияния деформации корпуса излучателя и колебаний многослойного пьезоактюатора на его амплитудно-частотные характеристики с целью получения суммарных энергетических характеристик системы. Объекты: конструкция ультразвукового излучателя резонансного типа, амплитудно-частотные характеристики. Методы: математическое моделирование ультразвукового излучателя резонансного типа, учитывающее колебательные процессы инерционности подвижных частей конструкции, подвижность части корпуса излучателя и колебательные процессы многослойного пьезоактюатора.  Результаты. Математическая модель позволяет рассчитать амплитудно-частотные характеристики колебательной системы с учетом деформаций корпуса ультразвукового излучателя и колебательных процессов многослойного пьезоактюатора, определиться с резонансными частотами системы, выбрать конструкцию корпуса излучателя и пьезопакета. Результаты теоретических расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными, отклонение составляет не более 15 %. Выводы. Анализ результатов проведенного исследования показал, что для получения достоверной информации по работе ультразвукового излучателя резонансного типа при аналитических расчетах необходимо учитывать влияние жесткости корпуса и внутренних колебаний многослойного пьезоактюатора. Деформации части корпуса ультразвукового излучателя за счет наличия смотровых окон увеличивают ускорение рабочей поверхности толкателя по сравнению с работой ультразвукового излучателя с абсолютно жестким корпусом, тем самым увеличивается коэффициент преобразования электрической энергии в механическую. Математическая модель ультразвукового излучателя резонансного типа позволяет определить частоты колебательной системы, на которых наблюдается максимальный коэффициент преобразования энергии, и оценить необходимую точность настройки частоты источника энергии.