ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ КОМПОНЕНТОВ ГЕОСФЕРЫ СОРБЕНТАМИ И БИОДЕСТРУКТОРАМИ, КОТОРЫЕ ТРАНСПОРТИРУЮТСЯ МНОГОФАЗНЫМИ ПОТОКАМИ

summary

У вступі обґрунтовано актуальність теми, яка спрямована на вирішення задачі транспортування й розподілу сорбентів і біодеструкторів газовими й газорідинними струменями за допомогою багатофункціонального газогенератора як технічного засобу управління екологічною безпекою в зонах нафтових забруднень, визначено мету й задачі дослідження, наведено інформацію про наукову новизну, практичну цінність отриманих результатів, особистий внесок здобувача, подано загальну характеристику роботи.

У першому розділі виконано моніторинг сучасних наукових розробок із вирішення проблем екологічної безпеки. Основні положення загальної концепції екологічної безпеки розроблено в роботах М.Ф. Реймерса, В.І. Вернадського,         С.О. Боголюбова, В.І. Данилова-Данильяна, К.Ф. Фролова, М.Н. Мойсеєва й інших учених. Останнім часом виконуються багатоаспектні теоретичні й практичні дослідження із зазначеної проблеми. У роботах М.М. Биченка, М.В. Маслова,           Г.І. Рудько, О.М. Трофимчука, О.Н. Тетиора, А.Г. Шапаря, В.М. Шмандія й інших учених конкретизуються й поглиблюються підходи за різними науковими напрямками, зокрема за технічним. У дисертації акцентується увага на аналізі проблем ліквідації нафтових забруднень і технологій доставки сорбентів і біодеструкторів у зону забруднення. Встановлено, що на сьогодні  існують більше двохсот видів сорбентів і біодеструкторів, але відсутні необхідне обладнання й технології, особливо якщо йдеться про очищення значних площ протягом незначного інтервалу часу.

Результати аналізу існуючих установок дозволяють зробити висновок про можливість використання енергії газового потоку конверсійних газотурбінних двигунів (ГТД) для доставки сорбентів і біодеструкторів у зону нафтового забруднення під час вирішення задач забезпечення екологічної безпеки. Цим обґрунтовано мету дисертаційної роботи.

У другому розділі викладено методологію досліджень щодо вирішення задач захисту компонентів геосфери від впливу нафтового забруднення шляхом використання сорбентів і біодеструкторів, що наносяться на забруднену поверхню газовими й газорідинними струменями й забезпечують максимальну дальність і площу покриття зони забруднення.

Для далекобійності багатофазового потоку, визначення розмірів плями покриття нафтозабруднених ділянок, а також розподілу сорбентів і біодеструкторів, що транспортуються, використовувався сучасний метод обчислювальної аерогідродинаміки (ОАГД). Для одержання статистичних параметрів, що характеризують далекобійність і розміри плями покриття, у розрахунку враховувалося розсіювання, спричинене впливом турбулентності на траєкторію частинки. Головними перевагами цього підходу є його наочність і помірна вимогливість до машинних ресурсів.

У методі математичного моделювання розгінних пристроїв (РП) генераторів багатофазових потоків використовувалися закони збереження маси, енергії та імпульсу суміші, елементи теорії теплопередачі, критеріальна залежність для визначення діаметра крапель. У моделі розглядалося подрібнення крапель рідкої фази з урахуванням числа Вебера, а як замикаюче рівняння використовувався закон проковзування фаз за довжиною каналу.

запропоновано методологію дослідження трифазового розгінного пристрою, яка враховує особливості параметрів твердої фази, з метою створення установки для розпилювання сорбентів під час ліквідації нафтових забруднень.

Метод математичного моделювання ГТД  базується на наукових роботах із термогазодинамічного аналізу двигуна. Розглядалася повузлова модель, за допомогою якої здійснюється розрахунок параметрів робочого тіла в проточній частині й основні параметри двигуна (швидкість, тиск газового потоку на зрізі сопла) за заданими  умовами на його вході. Математична модель (ММ) ГТД реалізується як система нелінійних алгебричних рівнянь. Замість штатного сопла двигуна використовується розгінний багатофазовий пристрій.

Методика експериментального дослідження генератора з багатофазовим розгінним пристроєм включає вибір газотурбінного двигуна, його адаптацію до умов роботи РП, а також визначення параметрів багатофазового потоку (далекобійності й площі зони покриття) з використанням візуального контролю й традиційних рулеток; діаметра крапель рідкої фази біодеструктора із застосуванням «мішені» й методу інваріантної оптичної діагностики; площі покриття забрудненої поверхні при варіації кутів нахилу потоку до горизонту й переміщенні сопла газогенератора за азимутом).

Третій розділ присвячено дослідженню далекобійності й площі покриття сорбентним потоком нафтової плями. Для цього використовувався траєкторний підхід (моделювання методом ОАГД). Третя (рідка) фаза не враховувалася, тому що її вплив на струмінь незначний внаслідок низької концентрації. Розв’язання задачі методом ОАГД проводилося в тривимірній розрахунковій області розміром 40×8×8 м з використанням нерівномірної прямокутної сітки. Задача вирішувалася в два етапи. На першому етапі встановлювалися параметри газового потоку, після чого визначалися траєкторії частинок, які рухаються під дією сили тяжіння і сил інерції. Цей підхід дозволяє одержати статистичні параметри, що характеризують далекобійність і розміри зони покриття з урахуванням розсіювання, спричиненого впливом турбулентності на траєкторію частинки.