AP23486543 – Турбуленттілікке қарсы қоспасы бар тұтқырлығы жоғары сұйықтықтың турбулентті қозғалысы мен жылу алмасуын модельдеу
Мақсаты – Турбуленттілікке қарсы қоспасы бар тұтқырлығы жоғары мұнайдың турбулентті қозғалысы мен жылу беруін модельдеу және есептеу әдістемесін құру.
Жобаның өзектілігі: Жобаның өзектілігі мұнай өндіру, энергетика және химия өнеркәсібі сияқты салаларда құбырлардағы турбулентті сұйық ағындарының кең таралуымен байланысты. Полимерлік қоспалар арқылы гидравликалық кедергіні азайту мұнайды тасымалдаудың энергия тиімділігін арттыруға үлкен мүмкіндік береді. Томс әсерін зерттеу турбуленттіліктің пайда болу және басқару механизмдерін тереңірек түсінуге мүмкіндік береді. Бұл сұйық ағындарын басқарудың тиімді технологияларын әзірлеу үшін маңызды. Қазіргі уақытта полимерлік қоспалары бар жоғары тұтқыр мұнайдың изотермиялық емес турбулентті ағыны жеткілікті деңгейде зерттелмеген. Сондықтан мұндай зерттеулер жүргізу энергия тасымалдау процестерінің тиімділігі мен сенімділігін арттыру үшін өзекті болып табылады.
Ғылыми жетекші: Техника ғылымдарының докторы, профессор, Жапбасбаев Ұзақ Қайырбекұлы
Күтілетін және қол жеткізілген нәтижелер: Жоба барысында полимерлік қоспалары бар жоғары тұтқыр сұйықтықтардың ағынын сипаттауға арналған турбуленттілік модельдеріне жан-жақты талдау жүргізілді. Турбулентті ағындардағы гидравликалық кедергінің және жылуалмасудың төмендеуі сияқты негізгі физикалық әсерлер қарастырылды. RANS модельдері (k–ε–v²–f, ARSM, RSM), сондай-ақ ағындарды дәл сипаттау үшін LES және DNS әдістері талданды. RANS модельдерінің инженерлік есептеулер үшін тиімді екені, ал DNS әдісінің жоғары дәлдік беретіндігі, бірақ үлкен есептеу ресурстарын талап ететіні анықталды. FENE-P реологиялық моделі негізінде жоғары тұтқыр сұйықтықтың изотермиялық емес турбулентті қозғалысы мен жылуалмасуын сипаттайтын математикалық модель әзірленді. Құбырдағы қозғалыс және жылуалмасу теңдеулеріне арналған шекаралық шарттар анықталды. SIMPLE алгоритмі мен бақылау көлемі әдісін қолдана отырып, теңдеулер жүйесін шешудің сандық әдістері әзірленді. QUICK схемасын пайдалана отырып, қозғалыс, жылуалмасу және турбуленттілік теңдеулерінің айырымдық аналогтары құрылды. Әзірленген модель DNS және RANS нәтижелерімен салыстыру арқылы тексерілді. Есептеу нәтижелерінің DNS және RANS деректерімен жақсы сәйкестігі анықталды. Жылдамдықтың, турбулентті кинетикалық энергияның және Рейнольдс кернеулерінің таралу профильдері алынып, модельдің дұрыстығы дәлелденді. Ньютондық емес сұйықтықта турбуленттілік деңгейінің жоғары екені және пульсация құрылымының бағыт бойынша ерекшеленетіні анықталды. Полимерлік қоспалардың ағын кедергісін азайтып, буферлік қабаттың қалыңдығын арттыратыны көрсетілді. Ньютондық емес сұйықтықтың тұтқырлығының ағын осіне қарай өсетіні анықталды. Ксантан камеді ерітіндісімен жүргізілген тәжірибелік деректермен салыстыру модельдің дұрыстығын және инженерлік есептерде қолдануға жарамдылығын растады.
Жарияланымдар тізімі
- Zhapbasbayev U., Bekibayev T., Pakhomov M., Ramazanova G.
Heat Transfer of Crude Waxy Oil with Yield Stress in a Pipe // Energies. – 2024. – Vol. 17. – Article 4687. – DOI: https://doi.org/10.3390/en17184687 - Pakhomov M. A., Zhapbasbayev U. K.
RANS predictions of turbulent non-isothermal viscoplastic fluid in pipe with sudden expansion // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. – 2024. – Vol. 334. – Article 105329. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnnfm.2024.105329 - Zhapbasbayev U. K., Ramazanova G. I., Pakhomov M. A.
Turbulent flow of viscoplastic fluid in a pipe with sudden expansion // Reports of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. – 2025. – Vol. 1. – No. 353. – P. 64–77