Термодинамика и теплоотдача

Теплоотдача

На нефтегазовых предприятиях процесс теплоотдачи происходит в сложных теплообменных устройствах, которые задействованы в таких технологических процессах, как:

1. Транспортировка сырья.
2. Подготовка нефти и нефтепродуктов.
3. Очистка природного газа.
4. В методах борьбы с отложениями АСПО.
5. Добыча нефти и природного газа

Основным показателем теплоотдачи является коэффициент теплоотдачи, который характеризует интенсивность теплообмена между средой и твердой поверхностью. Данный показатель выражается следующим уравнением:

$A = Q / (F * T)$

где, Q - тепловой поток; F - площадь поверхности теплообмена; Т - время.

На величину теплоотдачи оказывает влияние теплофизические свойства, которыми обладает теплоноситель, вид движения, режим течения теплоносителя, а также его фазовое состояние. Различают всего три вида течения - ламинарный, переходный, турбулентный.

При ламинарном течении частицы потока жидкости или газа двигаются параллельно стенкам твердого объекта, не перемешиваясь. из-за внутреннего трения скорость теплоносителя изменчива по сечению нормальному к поверхности.

При турбулентном течении теплоносителя частицы потока двигаются по сложным траекториям, которые не совпадают с направлениями самого потока. Их перемещение хаотичное и неупорядоченное. При ламинарном и турбулентном движении скорость течения теплоносителя на стенках равна нулю и возрастает, а по мере увеличения расстояния до нее скорость возрастает.

Если температуры теплоносителя и стенок не равны между собой, то вблизи стенок возникает тепловой пограничный слой, в котором постоянно изменяется температура от температуры стенки до температуры теплоносителя, таким образом, все изменения осуществляются в тонком слое.

При вынужденной конвекции режим течения теплоносителя можно оценить с помощью критерия Рейнольдса:

$Re = ( c * d) / v$

где, с - скорость течения теплоносителя; d - диаметр канала; v - коэффициент кинематической вязкости.

В настоящее время основным методом для определения коэффициента теплоотдачи является метод теплового подобия, объединяющий в себе преимущества других способов (аналитический и экспериментальный). Он представляет собой совокупность правил и понятий, которые являются гарантом возможности переноса результатов экспериментов по определению коэффициента теплоотдачи с одного объекта на другой.

Термодинамика

Термодинамика используется в нефтегазовой отрасли для изучения пластов и залежей полезного ископаемого. Основой является первый закон термодинамики. Данный закон универсальный. Его можно применять абсолютно ко всем тепловым технологическим процессам, происходящими на месторождении. Формулировка закона выглядит следующим образом: изменение внутренней макроскопической системы в случае перехода из одного состояния в другое представляет собой сумму количества теплоты, которая подведена извне, а также работе, которая совершается действующими на нее внешними силами. Воздействие внешних сил не всегда сопровождается изменением внутренней энергии системы, но также и в виде работы (отрицательной или положительной).

Существует четыре основных процесса теплообмена:

1. Адиабатический процесс. Такой процесс осуществляется без теплообмена с внешними объектами, то есть система не получает теплоту извне. Теплота равна нулю. При этом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит в виде работы. Сама работа совершается из-за изменения внутренней энергии газа. Если газ расширяется, то работа положительная, а его температура уменьшается. Если газ сжимается, то работа отрицательная, а температура его увеличивается.
2. Изотермический процесс. Такой процесс осуществляется в виде передачи тепла или работы между идеальным газом и внешними телами. Все тепло, которое подводится к идеальному газу тратится на совершение работы. В случае, если идеальный газ получает теплоту, то им совершается положительная работа, а при отдаче - отрицательная.
3. Изохорический процесс. Такой процесс осуществляется в виде передачи тепла между идеальным газом и окружающими телами. Вся теплота, подводящаяся к идеальному газу, тратится на изменение его собственной внутренней энергии.
4. Изобарический процесс. Такой процесс осуществляется в виде работы и передачи тепла между идеальным газом и окружающими средами. Теплота, которая передается идеальному газу, тратится на совершение газом работы, а также на изменение его внутренней энергии.