Расчет теплофизических свойств высоковязких нефтей.

Бисенгалиев М.Д.

Большинство существующих методов определения теплоемкости и теплопроводности являются эмпирическими и полуэмпирическими, поскольку теоретически методы позволяют рассчитывать лишь индивидуальность веществ, но не дают пригодных для практики результатов в случае сложных многоатомных жидкостей.

На основе обобщения экспериментальных данных /1/ были получены формулы расчета теплоемкости справедливые для нефтей месторождения Караарна и подтверждающие, что с повышением температуры теплоемкость жидких углеводородов повышается, с увеличением плотности и молярной массы – уменьшаются./2/

Экспериментальные данные по зависимости теплоемкости нефтяных остатков и прямогонных нефтепроводов от температуры 0 ÷ 210⁰С описывается интерполяционным уравнением /3/

(1)

Для расчета по уравнению (1) необходимо знать приведенные в табл. 1 температурные пределы перегонки данной мазутной фракции, изобарную теплоемкость высоковязких нефтей (ВВН) при температуре и значение соответствующего температуре перегонки эмпирического коэффициента объемные расширения .

Таблица 1

Температурные пределы перегонки фракции, ^0С
300-310	0,486	0,184
330-340	0,485	0,188
400-420	0,480	0,188

Расчет погрешности по формуле (1) в сопоставлении экспериментальными данными , что указывает, расчеты по этой формуле могут привести к грубым ошибкам при практических технических расчетах.

Для вычисления теплоемкости в ккал/(гк.град.) предложены формулы.

(2)

(3)

(4)

Эти формулы позволяют рассчитывать теплоемкость как функцию температуры.

В диапазоне температур, охваченных экспериментом /2/, проводилось, сопоставление опытных данных по теплоемкости, что приведено в табл. 2.

Таблица 2

Сопоставление опытных и расчетных значений теплоемкости ВВН прямой гонки

Т, К	Данные эксперимента,	Расчетные данные
		(2)		(3)		(4)
336	2,01	1,96	2,7	1,89	6,3	1,94	3,5
357	2,08	2,03	2,2	1,95	6,5	2,01	3,4
380	2,17	2,11	2,6	2,01	7,9	2,09	3,7
405	2,26	2,19	2,8	2,07	9,3	2,18	3,5
427	2,30	2,27	1,1	2,12	8,3	2,26	1,7
450	2,39	2,36	1,1	2,18	9,4	2,34	2,1
473	2,43	2,44	0,4	2,24	8,5	2,42	0,4

Данные таблицы 2 показывают, что влияние температуры на величину теплоемкости тем сильнее, чем выше температура, при этом выбор формулы, наиболее точно отражаюая влияние, является необходимым шагом для определения численных значений теплоемкости мазутов при использовании их в тепловых расчетах.

Несмотря на многообразие методов определения теплопроводности, они могут быть разделены на две группы. К первой группе относятся методы, основанные на закономерностях стационарного теплового режима, базирующейся на гипотезе Фурье о пропорциональности теплового потока градиенту температур. Ко второй группе относятся методы, основанные на закономерностях нестационарного теплового режима, при котором температура тела не только функция координат, но и времена.

Работа /3/ посвящена исследованию теплопроводности нефтепродуктов, приведены соотношения для расчета теплопроводности жидких индивидуальных углеводородов. Поиск методов расчета значения теплопроводности ВВН и его зависимость от температуры является задачей как научной, так и практической . Как известно , в среднем при увеличении температуры на 10⁰ С теплопроводность жидкостей снижается в среднем на один процент.

На наш взгляд наиболее объективны представлена следующие соотношения определяющее теплопроводность :

(5)

(6)

(7)

(8)

где - температура, ⁰С; - поглощающая способность; - постоянная не зависящая от температуры приближенно равная . В работе /3/ приводится экспериментальные данные исследования теплопроводности масел и других нефтепродуктов и сопоставление с расчетными по формулам (5), (7) и (8). Представлены в таблице 3.

Таблица 3

		Расчетные значения по формулам
		(5)		(6)		(7)
0	0,147	0,1528	3,9	0,1220	17,0	0,1476	0,6	917
20	0,145	0,1494	2,9	0,1207	16,8	0,1450	0,0	904
40	0,142	0,1477	4,0	0,1194	15,9	0,1422	0,2	891
60	0,138	0,1460	5,8	0,1181	14,4	0,1398	0,83	879
85	0,136	0,1443	5,9	0,1169	14,3	0,1364	0,5	863
120	0,130	0,1411	8,5	0,1143	12,0	0,1316	1,2	840

Как видно, наименьшую погрешность обеспечивают формулу (7), однако расчет теплопроводности в этом случае требует знания плотности при исследуемых температурах. Для расчета значений теплопроводности ВВН исследуемых температурах. Для расчета значений теплопроводности ВВН исследуемых фракции и сортов рекомендуется использовать соотношения(5) и (7)

Рисунок 1

График изменения теплопроводности ВВН при изменении температуры

1 – расчет по (6); 2 – расчет по (5); 3 – расчет по (8); 4 – расчет по (7); 0 – экспериментальные данные.

На рисунке 1 приведено графическое сопоставление экспериментальных данных по теплопроводности и рассмотренных расчетных зависимостей.

Литература

1. Надиров К.Н. Высоковязкие нефти и природные битумы. Том 5. Алматы. «Ғылым» 2001 год.

2. Расторчуев Ю.Л. и др. Экспериментальные исследованные теплоемкости самотеорской нефти ее фракций // хим. и техн. топлив и массы. 1976 №1 с 60-61.

3. Геллер З.И., Расторчуев Ю.Л. Зависимость теплоемкости нефтяных и остатков от температуры / Изв. МВО СССР, сер. нефти и газ – 1995 №2 с 53.

4. Равгафтик Н.Б. Теплопроводность жидкостей / Известья ВТИ – 1978. 472 с.

5. Расторчуев Ю.Л. Экспериментальное исследование теплопродности масел и других нефтепродуктов / Изв. МВО СССР, сер. нефть и газ – 1959 №8 с 34.