Аналітично досліджується процес нагрівання в'язких нафтопродуктів у мікрохвильовому полі. Практична цінність роботи пов'язана з необхідністю розігріву високов'язких нафтопродуктів при зливанні із залізничних цистерн. Визначено, що застосування мікрохвильового випромінювання є одним з найперспективніших напрямів при створенні енергозберігаючих та екологічно безпечних технологій. Застосування енергії мікрохвиль замість використовуваних на даний час в більшості промислових установок теплоносіїв дозволяє значно спростити технологічну схему, виключивши всі процеси і апарати, пов'язані з підготовкою теплоносія. Сучасним напрямком застосування мікрохвильового нагріву є нагрівання високов'язких нафтопродуктів, що забезпечує значне зниження в'язкості. На даний час недоліком цього методу є нерівномірний нагрівання. Внаслідок цього існує потреба у раціональному схемному рішенні для підведення мікрохвильової енергії та відповідних математичних моделей для розрахунку температури нафтопродукту. Проведено аналітичне дослідження процесу нагрівання в наближенні сферичного тіла при безперервно діючих внутрішніх джерел теплоти, що виникають внаслідок дії мікрохвильового поля. Прийняті граничні умови І роду та припущення незмінності теплофізичних властивостей рідини. Наведено алгоритм рішення диференційних рівнянь методом сіток при заміні диференціальних операторів різницевими співвідношеннями. За рекурентною формулою для тривимірної задачі теплопровідності виконано розрахунки температурного полю при нестаціонарному нагріванні. При моделюванні мікрохвильового нагрівання нафтопродуктів для даної схеми визначено відстань від мікрохвильового випромінювача до зливного отвору на підставі розрахунку глибини проникнення мікрохвильової енергії. При проведенні розрахунків приймались теплофізичні характеристики для мазуту. Визначено, що використання мікрохвильової енергії здатне істотно інтенсифікувати процес і знизити витрати енергії на нагрівання
Отримано 16.11.2021
Доопрацьовано 22.02.2022
Прийнято 23.05.2022
[1] Temperature Field Distribution Analysis for Cargo Oil / W. Wenfeng, Z. Jiakuo, L. Jinshu, G. Jialin, S. Fan, D. Jiajia, W. Dongze. Thermal science. 2020. Vol. 24, No. 5B. Рp. 3413-3421.
[2] Microwave treatment in oil refining / A. Porch, D.Slocombe, J.Beutler, P. Edwards, V.Kuznetsov. Appl Petrochem Res. 2012. Vol.2. Рp. 37–44.
[3] Z. H. Jin. Research on Heating and Heat Preservation Process of Tanker Cargo based on fluent Platform. Dalian Maritime University. 2006. Рp. 42-46.
[4] S. Akagi, H. Kato. Numerical Analysis of Mixed Convection Heat Transfer of a High Viscosity Fluid in a Rectangular Tank with Rolling Motion.International Journal of Heat and Mass Transfer.1987.Vol. 30,No. 11. Рp. 2423-2432.
[5] S.Wei. Numerical Simulation of Steam Coil Heating Process for Large Floating Roof Oil Tank. Chemical Engineering. 2016. No. 7. Рp. 19-23.
[6] M.Macagnan. Natural-Convection in a Tank of Oil: Experimental Validation of a Numerical Code with Prescribed Boundary Condition. Experimental Thermal and Fluid Science. 2005.Vol. 29,No. 6. Рp. 671-80.
[7] W. P. Hu. Heat Transfer and Fluidity of Highly Viscous and Solid Crude-Oil in Shipwreck Tanks.Ph. D. thesis, Dalian Maritime University, Dalian, China. 2015. 182 р.
[8] X.Zhu et al. Numerical Simulation of Flow Characteristics during Oil Tanker Cargo Heating, Journal of Zhejiang Ocean University (Natural Science). 2018. Vol. 37, No. 1. Pp. 55- 59.
[9] R. P. Yan et al. Research Progress of Industrial Microwave Sterilization Technology in the Field of Food Processing. Science and Technology of Food Industry. (2018), Vol. 39 No. 8. Pp. 302308.
[10] C. S. Fang, P. Lai. Microwave-Heating and Separation of Water-in-Oil Emulsions. Microwave Power Electromagnetic Energy. 1995. Vol. 30, No. 1. Pp. 46-57.
[11] R. J. Davidson. Electromagnetic stimulation of Lloydminster heavy oil reservoirs: field test results. Journal of Canadian Petroleum Technology. 1995. Vol. 34, No. 4. Pp. 15–24.
[12] A. Mukhametshina, E. Martynova. Electromagnetic Heating of Heavy Oil and Bitumen: A Review of Experimental Studies and Field. Applications Journal of Petroleum Engineering. 2013. 7 p.
[13] Domnin I.F., Rezinkina M.M. Raschetnoe issledovanie teplovyih protsessov pri vyisokochastotnom nagreve nefteproduktov. VIsnik NTU “HPI”. 2013. No 33. p. 51-55.[in Russian]
[14] Vasilev E., Morozov O., Stepanov, Tsyibko V. SVCh-razogrev zagustevshih nefteproduktov v zheleznodorozhnyih tsisternah. Elektronika dlya TEK. 1999. No 6. 9 c. [in Russian]
[15] Lyikov A. V. Teoriya teploprovodnosti. M.: Vyisshaya shkola. 1967. 600 р.
[16] J. Tang, F. Hao, M. Lau.Microwave Heating in Food Processing.Advances in Bioprocessing Engineering.Advances in Agricultural Science & Technology: Volume 1. World Scientific. 2002. Pp.1-44.
[17] Afanastev B. F.. Ustroystvo dlya nagreva zagustevshih i zastyivshih nefteproduktov v zheleznodorozhnyih tsisternah. Patent RU 2 224 387C2 ot 11.14.2001. [in Russian]
[18] Boshkova I. L., Volgusheva N. V., TItlov O.S., Altman E. I., MukmInov I. I.. DoslIdzhennya efektivnostI zastosuvannya mIkrohvilovogo nagrIvannyau naftoproduktIv. Holodilna tehnIka ta tehnologIya. 2021. No57 (2). P. 101-108.
[19] Bodnarchuk D. A.. Ustroystvo dlya razogreva i sliva vyisokovyazkih nefteproduktov iz tsisternyi. Patent RU2 538 657C2 ot 07.12.2012.
[20] A. Sahni, M. Kumar, R.B. Knapp. Electromagnetic heating methods for heavy oil reservoirs // Proc. of Society of Petroleum Engineers SPE/AAPG. Western Regional Meeting, Long Beach (CA) 62550. 2000. 12 p.