автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Тепломассообмен и энергосберегающие режимы работы систем подогрева танкеров при перевозке высоковязких застывающих жидкостей

На правах рукописи

АЧИЛОВА Наталья Балтаевна

ТЕПЛОМАССООБМЕН И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ СИСТЕМ ПОДОГРЕВА ТАНКЕРОВ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ ВЫСОКОВЯЗКИХ ЗАСТЫВАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ

специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Астрахань - 2011

1 6 июн 2011

4850510

Работа выполнена в ФГОУ ВПО

«Астраханский государственный технический университет» (ФГОУ ВПО «АГТУ» на кафедре «Безопасность жизнедеятельности и гидромеханика»

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Яковлев П.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Селиванов Николай Васильевич

кандидат технических наук, доцент Маркин Валериан Константинович

Ведущая организация:

Нижне-Волжский филиал Российского Речного Регистра

Защита состоится «29» июня 2011 г. В 10:00 часов на заседании диссерта-ционнго совета Д307.001.07 при ФГОУ ВПО «АГТУ» по адресу: 414025, г.Астрахань, ул.Татищева, 16а, 2 учебный корпус, читальный зал научной библиотеки.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «АГТУ».

Автореферат разослан « » мая 2011 г.

Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ. Эл. почта: astral37@mail.ru Факс: (8-8512) 25-73-68

Ученый секретарь Диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

А.В.Кораблин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Рост объемов перевозок, значительная доля нефтепродуктов в грузоперевозках водным транспортом, необходимость строительства новых танкеров, адаптированных для эксплуатации при низких температурах, и создание судов для перевозки таких уникальных грузов, как сера и ортофосфорная кислота при соблюдении условий экологической безопасности и энергетической эффективности, ставят задачу разработки новых методик проектирования и расчетов режимов работы судовых систем.

Энергосбережение является одной из важнейших задач, решаемых при проектировании систем подогрева груза и разработке режимных карт. Отключение подогрева танков во время рейса позволяет снизить расход топлива. Выполнение существующих требований по температурным режимам транспортируемых жидкостей на момент выгрузки и сокращению количества остатков груза в танке обеспечивается своевременным включением подогрева.

Необходимость создания методик расчета нестационарных процессов тепломассообмена в танках наливных судов, обеспечивающих надежность работы судовых энергетических установок и эффективное использование энергоресурсов, недостаточная изученность нестационарных процессов тепломассообмена, в том числе учитывающих возможность застывания груза во время рейса и являющихся определяющими в разработке режимов работы судовых энергетических комплексов, определяют актуальность данной работы.

Работа выполнена на кафедре «Безопасность жизнедеятельности и гидромеханика» ФГОУ ВПО «АГТУ» в соответствии с координационными планами НИР и ОКР в соответствии с Приоритетными направлениями фундаментальных исследований РАН (одобрено постановлением Президиума РАН от 13.01.98 г. №7 - поз. 2.1.4 «Исследования в области энергосбережения и эффективных технологий»); Региональной программой «Научно-технические и экологические проблемы освоения и эксплуатации Астраханского газоконденсатного месторовдения» (1990 г.), а также в соответствии с новыми особенностями, возникшими в современных условиях, в том числе современными изменениями структуры грузоперевозок водным транспортом России, принятием: Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010гг)»; Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года (Приказ министерства транспорта Российской Федерации от 31 июля 2006 года N 94); карты проекта "Развитие транспортной системы и повышение конкурентоспособности транспорта"; Федерального закона Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении, повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации".

Цель диссертационной работы. Создание надежных методов расчета потерь теплоты при перевозке высоковязких жидкостей наливным судном при нестационарном режиме работы систем подогрева.

Для достижения поставленных целей необходимо решить комплекс следующих научных задач:

1. выделить существенные особенности процессов тепломассобмена в танке наливного судна при остывании и разогреве груза, определяющих изменение потерь теплоты во время рейса;

2. разработать численную модель процесса нестационарного тепломассообмена в танке наливного судна, осложненного фазовым переходом;

3. получить теоретические зависимости для расчета процессов тепломассообмена в танке наливного судна и оценить достоверность полученных результатов;

4. на основе полученных зависимостей предложить методики конструктивного расчета систем подогрева танков наливного судна и разработки их энергосберегающих режимов работы.

Оо_ :кт исследования: единый комплекс судовой энергетической установки и системы подогрева танка наливного судна при перевозке высоковязких застывающих жидкостей.

Методологическую основу исследования составляет единство теоретического и экспериментального подходов к исследованию тепломассо-обменных процессов при транспортировке высоковязких жидкостей наливными судами, современные концепции в области теплофизики, использование теории физического подобия для обобщения полученных результатов исследования, применение современного программно-аппаратного комплекса для изучения теоретических моделей, системный подход, ведущие положения теории тепломассообмена.

Достоверность и обоснованность. Результаты исследования получены с использованием фундаментальных законов тепломассообмена, методов решения дифференциальных уравнений и численных методов анализа, целостным подходом к решению проблемы, методологической обоснованностью и непротиворечивостью исходных теоретических положений исследования, разработкой адекватной предмету исследования методики опытно-экспериментальной работы, экспериментальным подтверждением основных результатов исследования, научной обработкой полученных в ходе эксперимента данных и оценкой экспериментальных данных различными методами.

Научная новизна результатов работы.

1. Исследован процесс тепломассообмена при остывании и разогреве высоковязкой жидкости в танке наливного судна в условиях нестационарного процесса тепломассообмена, осложненного фазовыми превращениями.

2. Обобщены полученные результаты исследования процесса теплома-сообмена при остывании груза в условиях его застывания и предложены уточненные критериальные уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи и толщины застывшего слоя.

3. На основе анализа особенностей тепломассообмена при перевозке высоковязких застывающих жидкостей наливным судном предложены научные основы расчетов систем подогрева и планирования режимов работы судовых энергетических комплексов.

Практическая значимость работы.

1. Разработаны методики расчета процессов нестационарного теплообмена при перевозке высоковязких жидкостей водным транспортом, позволяющие проводить технико-экономический анализ проектно - конструкторских решений на стадии проектирования наливных судов с целью минимизации капитальных и эксплуатационных затрат при перевозке высоковязких грузов, а также получить достоверные данные для проектирования систем подогрева, позволяющие работать в нестационарном режиме и применять энергосберегающие режимы их работы.

2. Предложены энергосберегающие режимы работы систем подогрева в танках наливного судна при перевозке высоковязких жидкостей, основанные на нестационарном режиме их работы.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты численного и экспериментального исследований теплообмена при перевозке высоковязких застывающих жидкостей в изолированных и неизолированных танках наливных судов в диапазонах определяющих параметров: Рг^-Ю^-Ю3; Яа^б-Ю'^-Ю9; Ро^Ю^Ю'3.

2. Методики расчета динамики роста слоя застывшего транспортируемого груза на стенках и днище танка и потерь теплоты в режиме остывания без подогрева, осложненного фазовыми превращениями.

3. Полученные критериальные зависимости для расчета тепломассообмена, учитывающие динамику изменения интенсивности тепломассообмена при остывании транспортируемого груза, критериальное уравнение, обобщающее результаты расчета динамики роста застывшего слоя.

Личный вклад автора. В диссертацию включены результаты, полученные лично автором, в том числе - с использованием консультаций научного руководителя.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Повышение безопасности энергетических комплексов, эффективности охраны труда и экологичности технологических процессов», Астрахань, 2010 г.», Международной научно - практической конференции, посвященной 50-летию кафедры «Безопасность жизнедеятельности и гидромемеханика» ФГОУ ВПО «АГТУ», 2010 г., 1-й научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечения безопасности экосистем Каспийского шельфа», X научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2010 г., межрегиональном научном семинаре «Использование результатов фундаментальных научных исследований в судостроении и эксплуатации флота Юга России», Астрахань, 2010 г., на ито-

говых научно-практических конференциях АГТУ в 2004-2010 г., Астраханском инженерно-строительном институте в 2004-2008 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе в 4 изданиях, рекомендуемых ВАК, по результатам работы подана заявка и получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в списке литературы, лично автору принадлежит: [1], [2] - 50%, [3], [4], [5], [6]-40%.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, списка условных обозначений, 4-х глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы - 132 с. и приложения. В работе использовано 201 отечественный и 32 зарубежных источника. Работа иллюстрирована 21 рисунком, содержит 80 формул.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В первой главе рассмотрены перспективы развития рынка перевозки налирг"ых грузов водным транспортом и определены приоритетные направлен. ( для отечественного танкерного флота в части климатических условий и продолжительности рейса. Выделены специфические требования к исполнению танкеров в части водоизмещения и климатических условий эксплуатации, обобщены существующие данные по конструктивному исполнению и режимам работы систем подогрева груза в танках наливных судов, выявлены основные возможности внедрения энергосберегающих технологий при проектировании и разработке режимов работы систем подогрева танкеров, сформулированы основные направления исследования и проблемы, требующие решения, среди которых повышение точности расчета режима разогрева груза с учетом особенностей его остывания и сформировавшихся температурных полей в период рейса и разработка методики расчета нестационарных режимов работы системы подогрева.

Во второй главе выделены особенности физических свойств и перевозки следующих грузов: нефтепродуктов, расплава серы, ортофосфор-ной кислоты. Выполнен анализ существующих методик расчета процессов тепломассообмена при транспортировке высоковязких жидкостей в танке наливного судна. Выявлено, что существенную погрешность в результаты расчетов вносят допущения о постоянстве граничных условий со стороны груза и постоянство температуры в твердом слое, что не соответствует реальным условиям теплообмена в танке.

На основе обобщения существущих решений, предложено численное решение задачи тепломассообмена в танке с учетом застывания груза. Для корректного решения задачи Стефана при остывании груза нелинейность температуры застывшего слоя можно учесть уравнением, описывающим температурное поле в слое твердой фазы в виде поправочной функции:

в=вср[1-У/(г1+1)] - в'(¥, Ро). (1)

Известное решение для функции в виде разложения по мгновенным собственным функциям позволило преобразовать исходные уравнения к системе обыкновенных дифференциальных уравнений:

сГГк _ г(т') йц

¿Ро \п) ¿Ро

(2)

кп в.Ро

а условия Стефана на границе раздела фаз в разработанной с участием автора численной модели приняты в виде:

аро к-г)\т!'' ' ^ >

А',

> 1 р.в (3)

Приведенные уравнения использованы как базовые для построения численной модели теплообмена в условиях остывания груза с застыванием. Усложнение решения задачи с переменным направлением теплового потока, таким, как остывание и разогрев, характерное для условий реальной перевозки жидких грузов, потребовало пошагового уточнения модели во времени с учетом нестационарности, произвольного закона изменения граничных условий во времени, зависимости физических свойств от температуры и фазового состояния.

В третьей главе излагается методика построения модели и алгоритма расчета процессов тепломассообмена в танке, а также приведены основные результаты расчета.

При разработке модели приняты следующие допущения:

- теплообмен между окружающей средой и внутренней поверхностью ограждающей емкости описывается уравнением теплопередачи;

- теплообмен в твердой фазе происходит по законам нестационарной теплопроводности;

- теплота фазового перехода выделяется на границе раздела фаз;

- температура на границе раздела фаз равна температуре застывания -Ц;

- теплообмен на границе раздела фаз осуществляется за счет свободной конвекции;

- теплообмен в ядре рассчитывается с использованием эффективного коэффициента теплопроводности.

Принятые допущения достаточно обоснованы, т.к. темп охлаждения мал (а следовательно и скорость роста твердой фазы), что позволяет не вводить поправку на задержку в образовании центров кристаллообразования. Исследования, проведенные автором, подтвердили принятое допущение о равенстве температуры на границе раздела фаз температуре застывания. С учетом принятых допущений система дифференциальных уравнений теплопроводности для слоя твердой и жидкой фаз имеет вид:

¿Г2/Л- = а2-</2Г2/й!х2. (4)

При начальных и граничных условиях первого рода на стенке: ф,т)=1с; 1(5,т)=1.; 1(у,0)=10(у) 6(0) = 50. (5)

Для граничных условий третьего рода на стенке:

у = 0: -Я.|^ = *(*с-ге-); 1(5,х) = 1*; 1(у,0) = 1о(у) 5(0) =0; ду

¿8_ Я.2 dt а(т)

(ФК).

(6)

dx г-p2 Э>>=8(т) rp!

Коэффициент теплоотдачи принят исходя из известных уравнений. На границе раздела фаз при ламинарном режиме течения коэффициент теплоотдачи находится из уравнения:

Для турбулентного режима движения коэффициент теплообмена рассчитывается:

Значительные изменения параметров окружащей среды не позволяют дать достоверную оценку интенсивности теплобмена с внешней стороны бо^ Так как этот вклад в общее термическое сопротивление относительно мал, в расчетах приняты приближенные значения термического сопротивления борта и днища.

Изменение толщины застывшего слоя определяется из теплового баланса на границе раздела фаз исходя из условий Стефана (3). Решение уравнений получено численным методом с применением неявной разностной схемы. Дифференциальные уравнения интегрируются по объему с контролем выполнения балансовых уравнений. Для вычисления интегралов предложено использовать линейную интерполяцию, описывающую изменение температур между узловыми точками. Температура и физические свойства рабочего тела определялись для центра элементарной ячейки на каждом шаге времени. Потоки находились на гранях объемов.

Начальные условия принимались на момент заполнения танка грузом с заданной температурой, имеющим постоянную температуру, что соответствует реальным условиям загрузки, сопровождающимися интенсивным перемешиванием жидкости: t(x,y) = const = tXio (т=0).

В расчетах приняты граничные условия третьего рода с учетом поправки сопротивления двойных борта и днища к термическому сопротивлению. Алгоритм расчета учитывал различие в механизмах распространения теплоты до начала образования слоя твердой фазы и после начала фазового перехода. Осуществление баланса теплоты по контрольному объему позволило фиксировать начало и завершение фазового перехода в пределах объема ячейки, что физически соответствовало присутствию источника теплоты в ячейке, в которой происходило выделение теплоты фазового перехода, компенсирующей разницу потока теплоты через грани соответствующей ячейки. На первом этапе относительная начальная температура перегрева жидкости соответствовала условию:

0ж,о =( tx,0 - t.)/(t. -tcp) при tc <U.

При 9ж о й 1 начинает образовываться застывший слой.

Исследования проведены в диапазоне изменения определяющих па-

(7)

(8)

раметров: Ро=106*10'3; Рг=5 102+2-103; Ка=5109+61012. Обработка полученных результатов выполнялась в безразмерном виде.

Анализ динамики изменения температурных полей подтвердил основные закономерности процесса остывания жидкости при хранении. На рис. 1 приведен график изменения температуры мазута 40 в придонной зоне. Полученные результаты показывают, что температура груза на поверхности ограждения практически сразу снижается до температуры фазового перехода, а дальнейшее охлаждение сопровождается наращиванием застывшего слоя. Динамика этих процессов выше у орто-фосфорной кислоты, что объясняется особенностями ее теплофизических свойств. Рост толщины затвердевшего слоя сопровождается ростом термического сопротивления со стороны ограждения и, как следствие, существенным уменьшением плотности теп-Рис. 1. Динамика изменения температуры лового потока, на различных уровнях танка Анализ графиков изменения температуры на различных этапах охлаждения позволил установить, что значительная нелинейность наблюдается в начале остывания, соотвествующему значениям КхЮ'5 или временному интервалу в пределах 12 часов от момента погрузки. Линейное изменение температуры в логарифмических координатах на последующих этапах остывания груза свидетельствует о малости темпа охлаждения и стремлении процесса теплопереноса к регулярному режиму. Из анализа закономерностей динамики изменения температуры следует, что обобщающие зависимости могут быть представлены одночленными уравнениями в виде степенных зависимостей. С целью обобщения полученных данных обработка выполнена в критериальном виде с установлением зависимости изменения безразмерной температуры от чисел Ро при различных значениях безразмерной координаты X и числа фазового перехода К.

Результаты расчетов показывают, что термические сопротивления ограждения, определяющие темп охлаждения на начальном этапе, влияют незначительно на темп остывания примерно уже через 1 сутки для мазута и серы, и до 0,5 суток для ортофосфорной кислоты. Это объясняется высокими значениями сопротивления пограничного слоя и слоя застывшего груза на поверхности. Максимальный достигнутый эффект снижения потерь теплоты от танка достигал 15% в зависимости от вида груза и режима перевозки.

Изменение температуры в различных точках танка с мазутом марки 40

Врещ,сут.

-Дно ----62ммота{1 .......124ммотдка

■1 — — -2

1 -Т«=1Э0°С, То=20°С;

2 - Т,=140°С, То=20°С;

3 - Т,=150°С, То=20°С Рис. 2. Динамика изменения интенсивности

теплообмена от времени - уравнение для расчета локального коэффициента теплотдачи у вертикальной стенки

ч 0.25 / . \0,17

Наибольший эффект отмечен для перевозки жидкой серы, что связано с высокой температурой застывания и большими градиентами температур в пограничном слое в условиях транспортировки.

При числах К» 10-5 график зависимости Ыи = 1{Ро) имеет небольшие отклонения от степенной зависимости (рис.2). В связи с этим, на основании обработки полученных результатов, нами предложены следующие уравнения:

Ыи.

/ I \0-25 / у

■-»»•(¡ДМ

-180* Го

(9)

- уравнение для расчета локального коэффициента теплотдачи груза к свободной поверхности

= 0,4* 0,085 (Ю)

Полученные зависимости удовлетворительно согласуются с предложенной зависимостью в исследованных диапазонах.

Обработка полученных результатов темпа роста застывшего слоя для этих условий проводилась сопоставлением с известными результатами аналитического решения для линейного закона изменения температурного поля в слое при в^о = 0. Решение дифференциального уравнения для этого случая при постоянных граничных условиях третьего рода на стенке имеет вид:

, 2Ро ,

1+--1,

АГ

(11)

где безразмерное значение т) является отношением толщины застывшего слоя к эквивалентному приращению пограничного слоя, определяемому граничными условиями. Сделанные при выводе этой формулы допущения ограничивают область применения зависимости, т.к. решение получено с использованием допущений об отсутствии перегрева расплава относительно температуры фазового перехода и постоянстве граничных условий и физических параметров. Из анализа полученных нами результатов следует, что допущения, сделанные при выводе данного уравнения,

выполняются лишь при Т—>оо. Исследования выявили расхождение упрощенной аналитической зависимости с полученными результатами. Это отклонение иллюстрирует зависимость отношения полученной и теоретической толщин застывшего слоя т)/г|о. Результаты представлены на рис. 3 в безразмерном виде.

Полученные данные позволяют сопоставить влияние начальных и граничных условий на процесс теплообмена и фазовых превращений. Как видно из графиков, допущения, сделанные при выводе аналитического решения, вносят наибольшую погрешность на начальном этапе застывания. Из анализа влияния определяющих параметров в безразмерном ви-Рис. 3. Толщина застывшего слоя де получена зависимость для расчета толщины застывшего слоя в танке при остывании высоковязкой жидкости. Полученная зависимость имеет следующий вид:

0,0005 0,001 0,0015 0,002

0,003 Ро

-К=0Д 41.2200 ----К=0Д Ш -2400 .......К=0Д № »2650

-----К=с0.26, Ыи >2100 —в-~КсО,2б, Ми >2400 —а—К-0,26. № «2700

(275*^0 + 0,66)

(12)

Как отмечалось выше, базовая зависимость получена с использованием допущений, исключающих влияние особенностей тепломассообмена на границе. Используя подход, учитывающий влияние граничных условий, из анализа взаимного влияния выделенных определяющих параметров и их группировки в безразмерные комплексы с использованием теории подобия получена следующая обобщающая зависимость для исследованных транспортируемых грузов:

£ I '

Ьг I1 I

К(40-0,0Ши)Ри°".

(13)

Введение безразмерной величины, О, являющейся отношением толщины застывшего слоя к определяющему размеру в начальный момент времени при 5 = 8о и для последующего процесса затвердевания 8 = 8о + 8, позволило привести зависимость к следующему виду:

У*

А"(40-0,01Л'и)/гоод7.

(14)

Полученные решения удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными и результатами натурных замеров. Так, при остывании мазута в танках баржи «Днестр» толщина застывшего слоя согласуется с полученным уравнением (14) с отклонением в пределах 12%, что сопоставимо с погрешностью натурных замеров.

Процесс плавления груза, затвердевшего на поверхности ограждения, определяется рядом граничных и начальных условий, среди которых толщина слоя застывшего слоя, особенности температурного поля в твердой фазе и объеме жидкости, температура окружающей среды, коэффициент теплопередачи ограждения, динамика изменения температуры груза после включения системы подогрева, особенности геометрии и размеров танка. Решения задачи выполнены во всех исследованных ранее диапазонах изменения определяющих параметров, характерных для реальных условий транспортировки исследуемого груза.

Среди выявленных особенностей следует отметить существенную инерционность температурных полей в застывшем слое. Так, плотность теплового потока через наружные ограждения в ходе плавления оставалась практически постоянной до толщины порядка от 20 до 50 мм. Большие значения получены для ортофосфорной кислоты, меньшие для мазута и расплава серы. Данная особенность отражает общую картину изменения температурного поля в пределах застывшего слоя. На рис. 4 приведен график изменения температуры застывшего слоя у стенки в зависимости от времени после включения системы подогрева. Результаты расчетов с

использованием численной модели показывают, что температура на поверхности ограждения практически не изменяется до завершения процесса плавления застывшего слоя. Первичным по значимости фактором, определяющим изменение температуры, является перемещение границы раздела фаз. Общая инерционность поля

Начало разогрева 10 мин. 20 мин.

Расстояние от огряиадения, мм

Рис.4. Изменение температуры в застывшем слое

температур в пределах застывшего слоя объясняется малым значением коэффициента теплопроводности исследуемых грузов. Анализ динамики изменения толщины затвердевшего слоя и температурных полей в процессе плавления позволяет сделать следующие выводы:

1. Наибольшее влияние на динамику плавления оказывают коэффициент теплоотдачи на границе раздела фаз и температурный напор, определяемый как разность температур греющего расплава и температуры фазового перехода.

2. Неравномерность температурного поля, сформировавшегося в процессе остывания, оказывает незначительное влияние на темп плавления. Учитывая близкий к линейному характер распределения температур в застывшем слое, можно отметить некоторое снижение темпа плавления по мере продвижения фронта к ограждающей поверхности.

3. Потери теплоты в окружающую среду в процессе плавления изме-

няются незначительно и малы по сравнению с теплотой, подводимои для плавления.

Достоверность полученных результатов расчетов с использованием численной модели проверялась сопоставлением с результатами натурных замеров температурных полей наливных судов и результатами лабораторных исследований на моделях танков наливных судов.

В четвертой главе даются методики расчета процессов тегоюмассобмен-на при транспорте и хранении высоковязких застывающих жидкостей в режимах остывания и разогрева. Особенностью расчета теплообмена при остывании танка является изменение коэффициента теплоотдачи в связи с изменением температуры жидкости в околостенной области и последующего ее застывания. Режим теплообмена в застывшем слое близок регулярному, что позволило получить уравнения для расчета текущего коэффициента теплоотдачи (9)-(10):

- уравнение для расчета коэффициента тепллотдачи у вертикальной стенки (9);

- уравнение для расчета коэффициента тепллотдачи в центральной части дна танка (10).

На рис. 5 представлена схема расчета потерь тепла через борт танкера. Различия надводной и подводной частей борта обусловлены значениями внешней температуры и коэффициентами теплоотдачи. В предложенной методике учтены тепловые мостики конструктивных элементов жесткости борта и лучистый теплообмен в межбортном пространстве.

Расчетные зависимости для надводного борта, основанные на тепловом балансе элементов ограждения, имеют вид:

Яг — Четенкн = Ч к&нвестнвныГ! + Ч лучистое 41 тепловые мостики ~ Чвозд* (15)

Балансовое уравнение преобразуется к виду:

Груз

а, ' 9г а» Ц> -И к«*» С1€ор» ьы ^бортьа

Р

! » воспви-^

а. а® ««вртвя

<г 1с! \

Надводный борт

Тегтошолящя

Рис. 5. Расчетная схема борта

-0=-

г.„ - и

1

-+£СГ

т

К* 100

100

(16)

^возд борг нар ^ вош ) "

Из уравнения теплопередачи плотность теплового потока через надводный борт находится:

__ .(17)

1 .4. . 4.. I .1

<*, К. А, ._

-у- 1

Ш-М

100 )

-+-

'{^П ~ ^борт.м)

Аналогичным образом находятся потери теплоты через подводный борт и палубу. Потери тепла через днище имеют существенные особенности, связанные с формированием малоподвижного слоя и учтены в предложенной методике.

Особенностью расчета является взаимозависимость температур на границах ограждений и значений коэффициентов теплоотдачи. Эта зависимость требует использование метода последовательных приближений, где на первом этапе задаются неизвестные значения температур зеркала свободной поверхности груза, внутренней поверхности палубы и т.п., после чего по балансовым уравнениям выполняется уточнение их значений, и расчеты, при необходимости, повторяются для достижения достаточной точности. Расчеты, выполненные автором, показали, что удовлетворительная точность достигается уже на 3 шаге решения.

Толщина застывшего слоя может быть определена по полученной зависимости в виде безразмерной величины <т, являющейся отношением толщины застывшего слоя к определяющему размеру в начальный момент времени при 5 = 5о и для процесса затвердевания 5 = 60+ 5.

Разогрев танка после длительного остывания требует плавления застывшего слоя на внутренней поверхности танка. Анализ особенностей разогрева и плавления груза позволяет рекомендовать методику расчета темпа плавления, основанную на сведении теплового баланса, где в качестве определяющих параметров используются толщина застывшего слоя; средняя температура застывшего слоя, рассчитываемая как среднеарифметическое значение температур плавления и окружающей среды для неизолированного танка или температурой на внутренней поверхности танка, определяемой из уравнений стационарного теплообмена для изолированной емкости; средняя температура ядра груза в танке. Последнее значение определяется особенностями работы системы подогрева и температурой ядра расплава.

Балансовое уравнение для расчета времени плавления застывшего слоя имеет вид:

т = 8Ф.с^ЧКг а г,-г,

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ перспектив развития рынка перевозки наливных грузов водным транспортом и выделены приоритетные направления для отечественного танкерного флота, обобщены существующие данные по конструктивному исполнению и режимам работы систем подогрева груза в танках наливных судов.

2. Обобщены существующие способы решения задач теплообмена для хранения вязких жидкостей в емкостях и предложены энергосберегающие режимы транспортировки высоковязких грузов.

3. Разработаны: математическая модель, алогоритм и программа расчета процессов тепломассообмена высоковязких жидкостей в танках наливного судна для различных граничных условий, учитывающая особенности теп-лофизических свойств транспортируемых грузов при нестационарных режимах работы систем подогрева груза, предложена модель расчета процесса плавления застывшего слоя груза на ограждающих поверхностях танка.

4. Исследованы режимы остывания груза без подогрева и его разогрев с образованием слоя застывшего груза на внутренней поверхности танка наливного судна и последующего его плавления, получены критериальные уравнения, позволяющие рассчитать коэффициенты теплопередачи при остывании и разогреве груза в танке в условиях застывания и плавления груза с учетом возможности его застывания.

5. Предложены методики для расчета тепломассообменных процессов при транспортировке высоковязких застывающих жидкостей наливными судами с использованием энергосберегающих режимов работы судовых энергетических установок.

Основное содержание работы опубликовано: По теме диссертации имеется 9 работ, в числе которых 1 положительное решение на получение патента.

Ведущие рецензируемые журналы и научные издания

1. Ачилова Н.Б., Яковлев П.В. Экспериментальное исследование воздушно-газовых потоков в замкнутом пространстве // Вестн. Астра-хан.гос.техн.ун-та.-2008. -№6(47). -с.72-74.

2. Ачилова Н.Б., Яковлев П.В., Губа O.E. Аналогия Рейнольдса в модели тепломассообмена при турбулентном режиме конвективного движения жидкости в замкнутом объеме // Вестн. Астрахан.гос.техн.ун-та. - 2008. -№6 (47).-с. 75-78.

3. Ачилова Н.Б., Яковлев П.В., Аляутдинова Ю.А. Граничные условия при расчете потерь тепла через двойной борг танкера // Вестн. Астрахан.гос.техн.ун-та. Сер. Морская техника и технологии, - 2010. - № 1.

4. Пат. Заявка 2010150226 Россия, МПК B65D88/74. Устройство для снижения потерь от разогретой жидкости в танках судна /Ачилова Н.Б., Яковлев П.В., Аляутдинова Ю.А., Горбанева Е.А. - № 104542 U1. - Заявл. 07.12.2010. - Опубл. 20.05.2011.

Материалы международных конференций 5. Ачилова Н.Б., Яковлев П.В. Моделирование тепломассообмена при турбулентоном режиме свободноконвективного течения жидкости в ограниченном объеме // Повышение безопасности энергетических комплексов, эффективности охраны труда и экологичности технологических процессов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедры «Безопасность жизнедеятельности и гидроме-механика» ФГОУ ВПО «АГТУ» - Астрахань. Изд-во АГТУ, 2010. - с. 349353.

v/' /

6. Ачилова Н.Б. Постановка задачи расчета потерь тепла через двойной борт танкера // Высокие технологии и фундаментальные исследования // Материалы десятой научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» - СПб. Изд-во Политехнического университета, 2010. - с. 379-383.

Региональные издания 1. Ачилова Н.Б., Яковлев П.В., Аляутдинова Ю.А. Теплообмен при застывании высоковязких жидкостей // Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечения безопасности экосистем Каспийского шельфа: матер. 1-й научно-практической конференции / Аст-рахан.гос.техн.ун-т.-Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010.- с.136-141.

УСЛОВНИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Размерные величины

т - время, е.;

а - коэффициент температуропроводности, м2/«

X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С);

а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2оС);

t - температура, °С;

g - ускорения свободного падения, м/с2;

Р - давление, Па;

х,у - текущая координата, м;

Q - удельная теплота процесса, кДж/кг;

qv - объемная теплота плавления, Дж/мЗ;

р -плотность, кг/мЗ;

с - теплоемкость, кДж/(кг-°С);

ц - коэффициент динамической вязкости, Па*с;

1 - определящий размер, м.

Безразмерные величины

Nu=—, Re=—, Рг=-, То=Щ-, к=—: числа подобия Нуссельта,

я V А. а I2 д>

Рейнольдса, Био, Прандтля, Фурье, критерий физико-химического перехода соответственно; 8 = (t5- tw)/(ta- tw) - безразмерная температура; e = (t0-t,)/t, - относительный температурный напор.

Индексы:

1 - жидкая фаза; 2 - твердая фаза;

s— параметры фазового v - объема;

перехода; р - давления;

0 - начальные значения; ж - среднее значение na-

vy - охлаждающая среда; рамегров жидкости.

Отпечатано 26.05.2011 г. Тир. 100 экз. Гарнитура Times New Roman. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 0,9 Типография ООО « Альфа Принт » Ю.а.: 414004, г. Астрахань, ул. Б. Алексеева 30/14 e-mail: Alfager@rambler.ru тел: 89033485666

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПЕРЕВОЗОК ВЫСОКОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ ВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ.

1.1 Анализ перспектив развития танкерного флота для перевозки высоковязких жидкостей.

1.2 Конструктивное исполнение и особенности режимов работы систем подогрева танкеров.

1.3 Возможности внедрения энергосберегающих технологий при проектировании и разработке режимов работы систем подогрева танкеров.

1.4 Выводы.

Глава 2 ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ХРАНЕНИИ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ ВЫСОКОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ.

2.1 Физико-химические свойства транспортируемых высоковязких жидкостей.

2.2Исследования процесса тепломассообмена у ограждающих поверхностей

2.2.1 Расчет тепломассообмена у вертикальной поверхности.5О

2.2.2 Расчет тепломассообмена у горизонтальной поверхности.

2.2.3 Особенности тепломассообмена транспортируемой жидкости с подогревателями.

2.2.4 Особенности тепломассообмена в придонной области.

2.2.5 Учет особенностей тепломассообмена при застывании жидкости у ограждающих поверхностей.

Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ХРАНЕНИИ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ ВЫСОКОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ В РЕЖИМАХ ОСТЫВАНИЯ И РАЗОГРЕВА, ОСЛОЖНЕННЫХ ФАЗОВЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ.

3.1 Методика исследования тепломассообмена в танке наливного судна.

3.2Результаты исследования и методы расчета тепломассообмена при остывании высоковязких жидкостей.

3.2.1 Результаты численных решений остывания жидкости в танке

3.2.2 Анализ результатов численных решений и расчетные зависимости затвердевания высоковязкой жидкости.

3.2.3 Анализ результатов исследования и особенности расчета процесса плавления застывшей жидкости при разогреве танка.

3.2.4 Проверка достоверности результатов численных решений.

Выводы.

Глава 4 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ТЕПЛОМАССООБМЕНА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЕМКОСТЯХ И СИСТЕМАХ ПОДОГРЕВА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ВЫСОКОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ

4.1 Методика расчета тепломассообмена в танке при перевозке высоковязкой жидкости.

4.2 Вопросы конструктивно-технологической реализации результатов работы и общие рекомендации по моделированию и совершенствованию температурных режимов перевозки высоковязких жидкостей водным транспортом.

Выводы.

Водный транспорт относится к одному из важнейших видов транспорта. Он играет существенную роль в перевозке грузов на большие расстояния морскими водными путями, в том числе экспортно-импортных поставкок а также имеет болыцое значение в тех регионах, где направления основных транспортно-экономических связей и речных путей совпадают (Волжско-Камский речной бассейн в Европейской части России), либо в слабо освоенных регионах с практически полным отсутствием альтернативных видов транспорта (Север и Северо-восток страны).

Преобладающую часть внутренних грузовых перевозок и грузооборота выполняют пароходства трех воднотранспортных бассейнов: Волжско-Камского, Западно-Сибирского и Северо-Западного. Так, большое значение для снабжения Якутска и промышленных очагов Якутии играют Лена и расположенный на ее пересечении с БАМом порт Осетрово. Стержнем воднотранспортной системы является Единая глубоководная система европейской части России общей протяженностью 6,3 тыс. км. В нее входят глубоководные участки Волги (от Твери до Астрахани), Камы, Москвы-реки, Дона и межбассейновые глубоководные соединения - Московско-Волжское, Волго-балтийское, Беломорско-Балтийское, Волго-Донское. Составляя лишь 6 % от общей протяженности внутренних водных путей, данная система выполняет 2/3 всей перевозочной работы речного транспорта страны [126, 180].

В состав речного флота входят самоходные суда грузоподъемностью 2 -3 тыс. т, сухогрузы типа «Волга - Дон», танкеры грузоподъемностью 5 тыс. т и крупные баржи. С начала 60-х годов эксплуатируются суда типа «река-море», позволяющие плавать не только по рекам, но и в прибрежных акваториях морей, что значительно сокращает объем перегрузочной работы на стыках река - море. Данный тип судов используется не только на внутренних речных и морских путях, но и для экспортно-импортных операций на линиях, соединяющих Волгу с портами Финляндии, Швеции, Дании, Германии и других стран [126, 180].

Морской транспорт играет важную роль в транспортной системе России. О его значении говорит тот факт, что протяженность морских границ России - 44 300 км (общая протяженность - 58 600 км)) и он стоит на третьем месте по грузообороту после железнодорожного и трубопроводного транспорта. Морской транспорт по многим технико-экономическим показателям превосходит другие виды транспорта. Морские перевозки на большие расстояния более дешевые; морские суда, особенно танкеры, отличаются самой большой единичной грузоподъемностью, а морские пути - практически неограниченной пропускной способностью и удельная энергоемкость перевозок невелика. По тоннажу российский торговый флот занимает седьмое место в мире (16,5 млн. т дедвейта). Из 5,6 тыс. судов, 245 судов - нефтетанкеры [126, 174, 175].

Перевозки наливных грузов занимают важное место в обороте портов России. Среди наиболее крупных в настоящее время и перспективных направлений перевозок этих грузов можно выделить следующие:

1. 23,7 % всех отправленных грузов приходится Черноморско-Азовский бассейн. Через порты Черноморского бассейна ведется в основном экспорт нефти. Здесь находится самый- крупный нефтяной пор т Новороссийск с глубоководным нефтепирсом «Шесхарис», позволяющим обслуживать суда грузоподъемностью до 250 тыс. т. Меньшее значение имеет нефтяной порт Туапсе [126, 180].

2. До недавнего времени трасса Северного морского пути рассматривалась только как имеющая большое значение для обеспечения районов Крайнего Севера России. Однако в последнее время Северный морской путь позиционируется как перспективный для транзитных перевозок, в том числе нефтепродуктов и сжиженных газов в быстро развивающийся Азиатско-Тихоокеанский регион.

3. Каспийский бассейн в настоящее время составляет около 0,4% грузооборота страны, но разведанные и осваиваемые месторождения углеводородного сырья определяют расширение объемов перевозок, в том числе , нефтепродуктов и дальнейшее наращивание перевозок серы водным транспортом [158].

Тенденцию повышения роли водного транспорта в приоритетах развития страны отражает активное пополнение флота общим дедвейтом в среднем на 1,3 - 1,6 млн.т. в год. Передача атомного ледокольного флота в структуру корпорации «Росатом» и строительство новых ледоколов создают условия для расширения перевозок в Арктических водах [126, 158, 174, 175].

Рост объемов перевозок, значительная доля нефтепродуктов в грузоперевозках водным транспортом и необходимость строительства новых танкеров, адаптированных для эксплуатации при низких температурах, необходимость создания судов для перевозки таких уникальных грузов как сера и ор-тофосфорная кислота при соблюдении условий экологической безопасности и энергетической эффективности ставят перед проектными и научными организациями задачу разработки новых методик проектирования и расчетов режимов работы судовых систем.

Одним из важнейших направлений исследований является изучение особенностей формирование температурных полей в танке наливного судна при перевозке высоковязких жидкостей при различных конструкциях корпуса и в условиях низких температур окружающей среды. Высокая стоимость топлива и необходимость обеспечения технологически заданных параметров груза в момент выгрузки делают очевидным выбор режима работы судовых теплогенерирущих установок на уровне, минимизирущем затраты. Это может быть работа нагревателей на минимальном поддерживающем уровне с увеличением мощности перед приходом в порт назначения, либо временное полное отключение систем подогрева.

Параметры груза и окружающей среды, особенности конструкции корпуса, продолжительность рейса требуют индивидуального подхода к решению ряда задач проектирования систем подогрева судна и разработки специальных режимных карт для различных типов груза и условий транспортировки. Необходимость решения этих задач определяет актуальность настоящего исследования.

Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время на высоком уровне исследованы процесссы тепломассообмена в танке наливного судна и разработаны методики расчта потерь тепла в окружащую среду. Вместе с тем, отсутствуют сведения об особенностях теплообмена при нестационарном режиме работы систем подогрева и практически не исследованы особенности тепломасообмена в режимах остывания и разогрева в условиях частичного застывания груза.

Проблемой разработки энергосберегащих нестационарных режимов перевозки высоковязких жидкостей является необходимость разогрева груза до начала выгрузки с минимальными энергозатратами. Особенности физико-химических свойств таких грузов, как высоковязкие нефтепродукты, орто-фосфорная кислота и сера требуют стабилизации температуры жидкости в относительно узком диапазоне, что выделяет круг задач исследования, среди которых способы поддержания и регулирования температурных полей.

Процесс теплообмена при перевозке высоковязких жидкостей водным транспортом при нестационарных режимах работы систем подогрева с образованием в танке двухфзной среды имеет существенные индивидуальные особенности (малые значения величин коэффициента теплопроводности среды, локальные источники и стоки теплоты при плав-лени и затвердевании, ограниченный допустимый диапазон изменения температур в объеме танка и т.д.), требующие их учета и отдельного подхода к решению задач проектирования систем подогрева и разработки специальной энергосберегающих режимов работы судовых энергетических установок. Необходимость проектирования новых типов наливных судов для дальнейшего расширения объемов грузоперевозок в сложившихся современных экономических условиях для транспортировки различных грузов требует создания методик расчета нестационарных процессов тепломасо-обмена в танке наливного судна для разработки режимных карт работы судовых энергетических установок, удовлетворяющих требованиям энергосбережения, экологической безопасности, обеспечения надежности грузоперевозок и погрузо-разгрузочных операций. , Необходимость создания методик расчета нестационарных процессов, тепломассообмена в танках наливных судов, обеспечивающих надежность " работы судовых энергетических установок и эффективное использование энергоресурсов, недостаточная изученность нестационарных процессов тепломассообмена, в том числе учитыващих возможность застывания груза во время рейса и являющихся определяющими в разработке режимов работы судовых энергетических комплексов, определяет актуальность данной работы.

Работа выполнена: в соответствии с координационными планами НИР и ОКР в соответствии с Приоритетными направлениями фундаментальных исследований РАН (одобрено постановлением Президиума РАН от 13.01.98 г. №7 - поз. 2.1.4 «Исследования в области энергосбережения, и эффективных технологий»); Региональной программой «Научно-технические и экологические проблемы освоения и эксплуатации Астраханского газоконденсатного месторождения» (1990 г.), а также в соответствии с новыми особенностями, возникшими в современных условиях, в том числе современными изменениями структуры грузоперевозок водным транспортом России, принятием: Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-20 Югг)»; Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года (Приказ министерства транспорта Российской Федерации от 31 июля 2006 года N 94); карты проекта "Развитие транспортной сисо у темы и повышение конкурентоспособности транспорта"; Федерального закона Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации " .

Анализ данных проблем позволяет выделить следующий единый и взаимосвязанный комплекс направлений исследований:

- анализ современного состояния, перспектив развития перевозок высоковязких жидкостей водным транспортом;

- исследование особенностей расчета процессов тепломассобмена в танках наливных судов при перевозке высоковязких жидкостей при нестационарном режиме работы систем подогрева;

- разработка методик проектирования и расчета тепломассоомена в технологических емкостях и системах подогрева для хранения и транспортировки высоковязких жидкостей.

В связи с этим потребовалось комплексное решение таких вопросов, как исследование процессов тепломассообмена в танке наливного судна при нестационарном режиме работы систем подогрева с учетом особенностей транспортируемых жидкостей и возможности их застывания со стороны борта, днища и на свободной поверхности. Это позволило нам сформулировать проблему исследования, сущность которой заключается в разработке методик расчета потерь тепла при нестационарном режиме работы систем подогрева в танке наливного судна и разработке энергосберегающих режимов работы систем подогрева в период рейса.

Объект исследования: единый комплекс судовой энергетической установки и системы подогрева танка наливного судна при перевозке высоковязких застывающих жидкостей.

Предмет исследования: тепломассообмен как важнейшая составляющая разработки конструктивного исполнения танка наливного судна, системы его подогорева и режимов работы судовых энергетических установок.

Цель исследования заключается в создании надежных методов расчета потерь тепла при перевозке высоковязких жидкостей наливным судном при нестационарном режиме работы систем подогрева.

Идея работы заключается в использовании нестационарных режимов работы систем подогрева наливного судна для экономии энергоресурсов при сохранении качества транспортируемого груза и обеспечении надежности проведения перегрузочных работ.

Задачи, решаемые в работе. Для достижения поставленных целей необходимо решить комплекс следующих научных задач:

1. Выделить существенные особенности процессов тепломассобмена в танке наливного судна при остывании и разогреве груза, определяющие изменение потерь тепла во время рейса.

2. Разработать численную модель процесса нестационарного тепломассообмена в танке наливного судна, осложненного фазовым переходом.

3. Получить теоретические зависимости для расчета процессов тепломассообмена в танке наливного судна и оценить достоверность полученных результатов.

4. На основе полученных зависимостей предложить методики конструктивного расчета систем подогрева танков наливного судна и разработки их энергосберегающих режимов работы.

Основные научные положения выносимые на защиту:

1. Результаты численного и экспериментального исследований теплообмена при перевозке высоковязких застывающих жидкостей в изолированных и неизолированных танках наливных судов.

2. Методика расчета динамики роста слоя застывшего транспортируемого груза на стенках и днище танка, потерь тепла в режиме остывания без подогрева, осложненного фазовыми превращениями.

3. Полученные критериальные зависимости для расчета тепломассообмена, учитывающие динамику изменения интенсивности тепломассообмена при остывании транспортируемого груза, критериальное уравнение, обобщающее результаты расчета динамики роста застывшего слоя.

Научная новизна работы.

1. Исследован процесс тепломассообмена при остывании и разогреве высоковязкой жидкости в танке наливного судна в условиях нестационарного процесса тепломассообмена, осложненного фазовыми превращениями.

2. Обобщены полученные результаты исследования процесса теплома-сообмена при остывании груза в условиях застывании груза и предложены уточненные критериальные уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи и толщины застывшего слоя.

3. На основе анализа особенностей тепломассообмена при перевозке высоковязких застывающих жидкостей наливным судном предложены научные основы расчетов систем подогрева и планирования режимов работы судовых энегретических комплексов.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что:

1. Разработана математическая модель процессов тепломассообмена при остывании и разогреве транспортируемой жидкости в танке наливного судна, учитывающая особенности нестационарного процесса теплообмена, осложненного фазовыми переходами при застывании и плавлении груза.

2. Получены критериальные уравнения, описывающее процесс тепло-масообмена при остывании груза.

3. Предложены м етодики расчета систем подогрева и планирования режимов работы судовых энегретических комплексов при перевозке высоковязких застывающих жидкостей наливным судном при нестационарном режиме работы систем подогрева.

Методологическую основу исследования составляет единство теоретического и экспериментального подходов к исследованию тепломассооб-менных процессов при транспорте высоковязких жидкостей наливными судами, современные концепции в области теплофизики, использование теории физического подобия для обобщения полученных результатов исследования, применение современного программно-аппаратного комплекса для изучения теоретических моделей, системный подход, ведущие положения теории тепломассообмена.

Методы исследования. На различных этапах опытно - экспериментальной работы для решения поставленных задач и подтверждения гипотезы использовался комплекс методов, среди которых:

- изучение и обобщение исследований по проблеме тепломассообмена при транспорте высоковязких жидкостей;

- теоретический анализ нестационарного теплообмена в танке наливного судна;

- проверка полученных результатов сопоставлением с существующими данными замеров температурных полей в танке наливного судна и экспериментальная проверка на лабораторной установке;

- статистико-математические методы обработки данных;

- математическое моделирование процессов тепломасообмена, численный эксперимент на компьютерных моделях;

- анализ, изучение и обобщение полученных данных.

Достоверность результатов исследования обеспечивалась использованием фундаментальных законов тепломассообмена, методов решения дифференциальных уравнений и численных методов анализа, целостным подходом к решению проблемы, методологической обоснованностью и непротиворечивостью исходных теоретических положений исследования, разработкой адекватной предмету исследования методики опытно-экспериментальной работы, экспериментальным подтверждением основных результатов исследования, научной обработкой полученных в ходе эксперимента данных и оценкой экспериментальных данных различными методами.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны методики расчета процессов нестационарного теплообмена при перевозке высоковязких жидкостей водным транспортом, позволяющие проводить технико-экономический анализ про-ектно-конструкторских решений на стадии проектирования наливных судов с целью минимизации капитальных и эксплуатационных затрат при перевозке высоковязких грузов, а также получить достоверные данные для проектирования систем подогрева, позволяющих работать в нестационарном режиме и применять энергосберегающие режимы их работы;

2. Предложены энергосберегающие режимы работы систем подогрева в танках наливного судна при перевозке высоковязких жидкостей, основанные на нестационарном режиме их работы.

Опытно-экспериментальной базой исследования явилась лабораторная и опытно-экспериментальная база Астраханского государственного технического университета. Численный эксперимент на компьютерных моделях реализован с использованием существующего лицензионного программного обеспечения. Алгоритмы и программы расчета разработаны автором. Достоверность полученных с использованием численной модели результатов проверялась экспериментальными исследованиями в лабораторных условиях и сопоставлением с имещимися данными замеров температурных полей при перевозке мазута наливными баржами «Болва» и «Алдан», а также при перевозке ортофосфорной кислоты комбинированным судном КС-А-035-001. В работе использованы опубликованные в печати результаты исследований в области тепломассообмена при перевозке вязких нефтепродуктов.

Апробация и внедрение результатов исследования

Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Повышение безопасности энергетических комплексов, эффективности охраны труда и экологичности технологических процессов», Астрахань, 2010 г.», Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедры «Безопасность жизнедеятельности и гидромемеханика» ФГОУ ВПО «АГ-ТУ», 1-й научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечения безопасности экосистем Каспийского шельфа», на итоговых научно-практических конференциях АГТУ в 2004-2010 г., АИСИ в 2004-2008 г., десятой научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» «Высокие технологии и фундаментальные исследования» (СПб., 2010г.).

Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении дисциплин общепрофессиональной и специальной подготовки студентов института морских технологий, энергетики и транспорта Астраханского государственного технического университета.

В результате выполненных комплексных научных исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых представляет комплекс научно обоснованных технических и технологических решений, позволяющих качественно изменить тепловые режимы перевозки высоковязких жидкостей, адаптируя возможности энергетического комплекса наливного судна к использованию энергосберегающих режимов перевозки, повысить экономическую эффективность перевозок, реализовать энергосберегающие технологии, успешно решать проблемы экологической безопасности перевозок нефтепродуктов и других высоковязких жидкостей водным ранспортом.

Публикации. Основные результаты диссертации докладывались на 2 международных конференциях, опубликованы в 8 работах, в том числе в 4 изданиях, рекомендуемых ВАК, по результатам работы подана заявка и получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель.

Организация исследования.

Теоретико-экспериментальная работа проводилась в несколько этапов: Первый этап (2006 - 2008 гг.) - изучение и анализ отечественного и зарубежного опыта проектирования и организации перевозок высоковязких жидкостей водным транспортом, проведение теоретических и экспериментальных исследований в области тепломассообмена в танке наливного судна, обработка и обобщение полученного материала.

Второй этап (2008 - 2009 гг.) - разработка модели процессов теплообмена при нестационарном режиме работы систем подогрева, разработка алгоритмов решения и программы расчета, проведение численного эксперимента, проверка и корректировка моделей.

Третий этап (2009-2010) - проверка достоверности полученных результатов сопоставлением с экспериментальными данными, обобщение полученных результатов.

Работа по реализации результатов проводилась на всех этапах и продолжается в настоящее время.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, списка условных обозначений, 4-х глав, заключения, списка литературы из 233 наименований и приложений, содержит 132 с. и приложения. Работа иллюстрирована 21 рисунком, содержит 80 формул.

ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований получены уравнения и предложены методики для расчета тепломассообменных процессов при транспортировке высоковязких застывающих жидкостей наливными судами. В результате проведенного исследования предложены следующие методики расчета конструктивных параметров и режимов работы элементов судового энергетического оборудования с учетом применения предложенных энергосберегающих технологий транспорта жидких грузов:

1. процесса теплообмена при остывании высоковязких жидкостей в танке с образованием слоя застывшего груза; расчета толщины застывшего груза на ограждающих поверхностях танка; расчета темпа плавления застывшего груза в танках наливного судна.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований тепломассообменных процессов в танках наливных судов при перевозке высоковязких застывающих жидкостей выявлены специфические особенности перевозки высоковязких застывающих жидкостей, позволившие дать предложения по внедрению энергосберегающих технологий и разработаны методики для конструктивно-технологической реализации результатов проведенных исследований, которые могут быть использованы в проектно-конструкторских работах.

В результате выполненных исследований:

1. Проведен анализ перспектив развития рынка перевозки наливных грузов водным транспортом и выделены приоритетные направления для отечественного танкерного флота в части климатических условий и продолжительности рейса, обобщены существующие данные по конструктивному исполнению и режимам работы систем подогрева груза в танках наливных судов, выявлены основные возможности внедрения энергосберегающих технологий при проектировании и разработке режимов работы систем подогрева танкеров.

2. Обобщены существующие способы решения задач теплообмена для хранения вязких жидкостей в емкостях.

3. Разработаны: а) математическая модель процесса теплообмена высоковязких жидкостей в танках наливного судна для различных граничных условий, учитывающая особенности теплофизических свойств транспортируемых грузов; б) алгоритм и программа расчета теплообмена при хранении груза в изолированных и неизолированных танках при нестационарных режимах тепломассообмена; в) предложена модель расчета процесса плавления застывшейго слоя груза на ограждающих поверхностях танка, использующая в качестве начальных условий температурные поля, формирующиеся при остывании расплава.

4. Исследованы технологические режимы остывания груза без подогрева с образованием слоя застывшего груза на внутренней поверхности танка и последующего его плавления при разогреве.

5. Получены критериальные уравнения, позволяющие рассчитать коэффициенты теплоотдачи при остывании и разогреве груза в танке в условиях застывания и плавления груза: а) предложены критериальные уравнения, учитывающие динамику изменения интенсивности теплообмена при остывании груза в условиях его застывания; б) получено критериальное уравнение, обобщающее результаты расчета динамики роста застывшего слоя в режиме хранения без подогрева при различных граничных условиях; в) исследована численная модель плавления застывшего слоя на ограждающих поверхностях, обобщены особенности процесса и предложена методика расчета технологических параметров разогрева застывшего груза.

6. Предложены методики для расчета тепломассообменных процессов при транспортировке высоковязких застывающих жидкостей наливными судами. В результате проведенного исследования предложены следующие методики расчета конструктивных параметров и режимов работы элементов судового энертетического оборудования с учетом применения предложенных энергосберегающих технологий транспорта жидких грузов: а) процесса теплообмена при остывании высоковязких жидкостей в танке с образованием слоя застывшего груза груза; б) расчета толщиы застывшего груза на ограждающих поверхностях танка; в) расчета темпа плавления застывшего груза в танках наливного судна.

1. Акаги С. Теплопередача при свободной конвекции неньютоновских жидкостей /Перевод № 80376/9 ВИНИТИ с японского //Нихон кикай гаккай ронбунсю. 1966. - Т. 32. - № 238. - С. 919-929.

2. Акаги С. Подогрев нефти и нефтепродуктов в судовых танках /Перевод с японского. М.: ВИНИТИ, 1970. - 26 с. //Нихон дзосэн гаккайси. -1968.-№471. С. 413-423.

3. Аксенова А.Е. и др. Численное исследование свободноконвективных течений тепловыделяющей жидкости при моделировании тяжелых аварий на АЭС: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. М., 1998. - 14 с.

4. Аксенова А.Е., Вабищева П.Н., Чуданов В.В. Численное исследование некоторых особенностей поведения тепловыделяющей жидкости с учетом затвердевания. М., 1995. -21 с.

5. Аксенова А.Е., Вабищева П.Н., Чуданов В.В. Численное исследование тепловыделяющей жидкости с учетом затвердевания при различных режимах охлаждения на границах. М., 1995. - 21 с.

6. Аксенова А.Е., Вабищевич П.Н., Чуданов В.В. Естественно-конвективный теплообмен тепловыделяющей жидкости при различных режимах охлаждения. М., 1995. - 22 с.

7. Аксенова А.Е., Вабищевич П.Н., Чуданов В.В. Численное исследование тепловыделяющей жидкости с учетом затвердевания при различных режимах охлаждения на границах. М., 1995. - 16 с.

8. Аксенова А.Е., Вабищевич П.Н., Чуданов В.В. Численное исследование теплообмена тепловыделяющей жидкости с учетом плавления и затвердевания в зависимости от чисел Остроградского и Релея. М., 1995. - 25 с.

9. Алексеев А.К. Численное моделирование нестационарного тепломассообмена в закрытых объемах /Алексеев А.К., Бондарев А.Е., Бондарев Е.Н., Молотилин Ю.А. М., 1994. - 20 с.

10. Арончик Г.И. Математическое моделирование и параметрическая оптимизация процессов сложного теплообмена в теплотехнических установках: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Казань, 1991. - 32 с.

11. Ачилова Н.Б., Яковлев П.В. Экспериментальное исследование воздушно-газовых потоков в замкнутом пространстве // Вестн. Астра-хан.гос.техн.ун-та. 2008. - №6 (47). - с. 72-74.

12. Ачилова Н.Б., Яковлев П.В., Аляутдинова Ю.А. Граничные условия при расчете потерь тепла через двойной борт танкера // Вестн. Астра-хан.гос.техн.ун-та. Сер. Морская техника и технологии, 2010. - № 1.

13. Пат. Заявка 2010150226 Россия, МПК В65Б88/74. Устройство для снижения потерь от разогретой жидкости в танках судна /Ачилова Н.Б.,

14. Яковлев П.В., Аляутдинова Ю.А., Горбанева Е.А. № 104542 U1. - За-явл. 07.12.2010. - Опубл. 20.05.2011

15. Ачилова Н.Б. и др. // Высокие технологии, исследования и промышленность. 2010. - Т.4. - № 4. - с. 379-383

16. Бондарь Л.П., Бороховский В.А., Дацко Р.П., Бролинский Г.И. Физико-химические свойства серы //Обзор, информ. Сера и серная промышленность. М.: НИИТЭХИМ, 1985.-104 с.

17. Борисов В.М. Природная сера.- М.: Химия, 1972. 11 с.

18. Брацун Д.А. Динамические свойства тепловой конвекции в двухфазной среде: Автореф. дис. . канд.физ.-мат. наук. Пермь, 1997. - 16 с.

19. Брдлик П.М Некоторые вопросы тепло- и массообмена при гравитационной естественной конвекции в неограниченном объеме: Автореф. дис. . докт. техн. наук. М., 1968. - 42 с.

20. Брдлик П.М. К вопросу о турбулентной естественной конвекции у вертикальной непроницаемой плоской поверхности //ИФЖ. 1967. - Т. 1. -№2.-С. 162-167.

21. Брдлик П.М., Турчин И.А. Теплообмен при естественной конвекции от горизонтальных поверхностей, обращенных теплоотдающей поверхностью вниз //ИФЖ. 1968. - Т. 14. - № 3. - С. 470-477.

22. Бронштейн В.И., Перельман Г. Л., Юдаев Б.Н. Смешанная конвекция в пограничном слое //Тепло- и массоперенос. Минск. - 1972. - Т. 1. - Ч. 1. - С. 47-52.

23. Бурцева Ю.В. Численное моделирование процессов теплопроводности в сложных объектах с тепловыми источниками на примере никель-кадмиевого аккумулятора: Автореф. дис. . канд. техн. наук. СПб, 1997. - 14 с.

24. Веремеев A.A. Численный метод расчета полей скорости течения и температуры в неоднородных областях с произвольными криволинейными границами. Обнинск, 1997. - 21 с.

25. Волков В.В. Моделирование конвективного теплообмена в замкнутом объеме при совместном действии свободной и вынужденной конвекции: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. М., 1995. - 21 с.

26. Все о жидком топливе: http://tkomega.ru.

27. Гавриков М.Б., Пестрякова Н.В. Численное моделирование конвективного теплопереноса в ограниченной области. М., 1997. - 23 с.

28. Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Владимир: Владимир, гос. ун-т, 2000. - 257 с.

29. Галиев И.М. Исследование течений и теплообмена в каналах при наличии естественной конвекции: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. -Тюмень, 1999. 23 с.

30. Геллер З.И. Мазут как топливо. М.: Недра, 1965. - 496 с.

31. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники кристаллизации расплавов. М.: Химия, 1975. - 351 с.

32. Гершуни З.И., Жуховицкий Е.М., Юрков Ю.С. Численное исследование свободной конвекции в замкнутой полости, совершающей вертикальные колебания //Численные методы динамики вязкой жидкости. Новосибирск: Ин-т теор. и прикл. мех. СО АН СССР, 1979. - С.85-96.

33. Гершуни З.И., Келлер И.О., Смородин Б.Л. О вибрационно-конвективной неустойчивости плоского горизонтального слоя жидкости при конечных частотах вибрации //Изв. РАН Сер. Механика жидкости и газа. 1996. - №5.-С. 44-51.

34. ГОСТ 127-76. Сера техническая. Технические условия.- М.: Изд-во стандартов, 1977. 42 с.

35. Гринберг Г. А. О решении обобщенной задачи Стефана о промерзании жидкости, а также родственных задач теории теплопроводности, диффузии и других//ЖТФ. 1967.9. - С. 1598-1606.

36. Дейнеко В.В. Математические модели динамики вязкой жидкости и теплообмена. Новосибирск, 1996. - 360 с.

37. Дилигенский Н.В., Ефимов А.П., Лившиц М.Ю. Применение метода возмущений для решения задачи Стефана в процессах промышленной теплофизики //IV Минский международный форум по тепломассообмену (22-26 мая 2000 г.). Минск, 2000. - Т. 3. - С. 14-20.

38. Дождиков В.И. Теплофизические закономерности формирования непрерывного слитка и совершенствование систем его охлаждения: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Липецк, 1995. - 46 с.

39. Едигаров С.Г., Михайлов В.М., Прохоров А.Д., Юфин В.А. Проектирование и эксплуатация нефтебаз. М.: Недра, 1982. - 280 с.

40. Едигаров С.Г., Свиридов В.П., Болдов Н.Г. Подогрев высоковязких жидкостей в железнодорожных цистернах и зачистка цистерн //Труды ВНИИТНефть. Сер. Транспорт и хранение нефтепродуктов. М.: Гос-топтехиздат. - Вып. 11. - 1963. - С. 168-204.

41. Елшин К. В. Приближенное решение свободной конвекции у вертикальной неизотермической стенки //Труды НИИ по транспорту и хранению нефти и нефтепродуктов. 1961. Вып. 1. - С. 230-239.

42. Зубков П.Т. Тепломассоперенос в системах с конвекцией и фазовыми переходами: Автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук. Тюмень, 1995. - 25 с.

43. Исаев С.И. и др. Теория тепломассообмена, М.: Высшая школа, 1979. -495 с.

44. Исследование и расчет теплопотерь в морском нефтеналивном судне проекта 1953 (нефтенавалочник грузоподъемностью 100000 т" // Отчет по НИР. Астрахань, 1974. - 63 с.

45. Исследование и расчет теплопотерь при подогреве суперфосфорной кислоты в танках комбинированного судна КС-А-03 5-001 //Отчет по НИР. № Гос. регистрации 76051146. - Астрахань, 1985. - 126 с.

46. Казачков C.B. Разработка математических моделей и расчет сложного теплообмена в элементах теплоэнергетического оборудования: Автореф. дис.канд. техн. наук. Куйбышев, 1991. - 27 с.

47. Као Т., Домото Ж., Элрод Ш. Свободная конвекция вдоль неизотермической вертикальной плоской пластины //Телопередача. 1977. - № 1. -С. 76-83.

48. Капинос В.М., Слитенко А.Ф., Воловельский И.Л. Влияние температурного градиента на теплообмен при ламинарной свободной конвекции у вертикальной стенки //ИФЖ. 1974. - Т. 26. - № 3. - С. 411-419.

49. Карагодов В.П. О локальной разрешимости трехмерных задач тепловой конвекции вязкой несжимаемой жидкости. Киев, 1991. - 16 с.

50. Карташов Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высшая школа, 1985. - 480 с.

51. Карташов Э.М. Аналитические методы решения краевых задач нестационарной теплопроводности в областях с движущимися границами //Изв. РАН Сер. Энергетика. 1999. - № 5. - С. 3-34.

52. Като И. Теплопередача на танкерах //Кикай но кэнкю. 1969. - Т. 21. -№ 1.-С. 271-277.

53. Кириллов В.В. Математическое моделирование конвективного теплообмена: Учеб. пособие. Челябинск, 1991: - 27 с.

54. Кислота ортофосфорная // http://www.apsintez.ru/products/kislota-£оз1Ьгпауа.

55. Кислота ортофосфорная термическая. Технические условия. ГОСТ 10678-76.

56. Концепция развития внутреннего водного транспорта Российской Федерации // Распоряжение Правительства Российской Федерации от 3 июля 2003 года N 909-р.

57. Корочкин Ю.Д. Математическое моделирование управления процессами теплообмена: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Саранск, 1998. - 16 с.

58. Котенко Э.В. Разработка математической модели и методики расчета аккумуляторов теплоты на фазовом переходе: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Воронеж, 1996. - 15 с.

59. Крайнова И.Ф. Методика расчета охлаждения нефтепродуктов в емкостях //РНТС. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1978. - №4. - С. 17-19.

60. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.

61. Куценко К.В. Нестационарный теплообмен криогенных жидкостей в условиях большого объема и в узких каналах различной конфигурации: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М.,1994. - 19 с.

62. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.- М.: Наука, 1987. 840 с.

63. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 325 с.

64. Лыков A.B. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия, 1978. - 480 с.

65. Макаров A.M. Осесимметричная задача Стефана с граничным условием второго рода //Теплофизика высоких температур. 1982. - Т. 9. - N 6. -С. 122-124.

66. Макаров М.В., Мика В.И., Яньков Г.Г.Основы применения вычислительной техники для численного решения теплофизических задач: Учеб. пособие по курсу «Применение вычислит, техники и математическое моделирование». М.: Изд-во МЭИ, 1993. - 73 с.

67. Малевич Ю.А. Теплофизические основы ресурсосберегающих технологий затвердевания, охлаждения и нагрева непрерывнолитых сортовых стальных заготовок: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. -Минск, 1992. 33 с.

68. Маркин В.К., Лубенко В.Н., Дзержинская И.С., Яковлев П.В. Повышение экологической безопасности при транспортировке серы АГПЗ //Тез.докл. Междунар. конф.: Каспий. Настоящее и будущее. Астрахань, 1995.-С. 215-217.

69. Маркин В.К., Плохов A.B., Овчинников В.А, Яковлев П.В. Проблемы перевозки серы водным транспортом //Тез. докл. 40 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава. — Астрахань: АГТУ, 1996.-С. 124.

70. Меламед В.Г. О решении задачи Стефана сведением к системе обыкновенных дифференциальных уравнений //ДАН СССР. Сер. Математическая физика. 1957. - Т. 116. - № 4. - С. 577-580.

71. Меламед В.Г. Решение задачи Стефана в случае второй краевой задачи //Сер. Математика. М.: МГУ, 1959.- № 1. - С.

72. Меламед В.Г. Сведение задачи Стефана к системе обыкновенных дифференциальных уравнений //Изв. АН СССР. Сер. Географическая. -1958.-№ 7.-С. 848-869.

73. Меламед В.Г. Сведение задачи Стефана к системе обыкновенных дифференциальных уравнений //Сер. геофиз. М.: Изв. АН СССР, 1958. - № 7.-С 12-22.

74. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М., «Энергия», 1977. - 376 с.

75. Моисеева JI.A. Естественная конвекция в цилиндрическом баке при сложных тепловых граничных условиях: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. М., 1999. - 24 с.

76. Морские и нефтегазовые проекты // http://www.mnpglobal.com/ship/info2.

77. Мухетдинов H.A. Численно-аналитический алгоритм решения задачи Стефана//ИФЖ. 1990. - № 1. - С. 145-150.

78. Недопекин Ф.В. Математическое моделирование гидродинамики и теп-ломассопереноса в слитках. Ижевск: Изд-во удмурт, ун-та, 1995. - 236 с.

79. Нефть // http://www.xumuk.ru/bse/1276.html.

80. О внесении изменений в постановление Правительства Российской от 5 декабря 2001 года N 848 // Постановление Правительства Российской Федерации от 29 октября 2009 года N 864.

81. О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от 5 декабря 2001 года N 848 // Постановление Правительства Российской Федерации от 20 мая 2008 года N 377.

82. О внесении изменений в федеральную целевую программу "Модернизация транспортной системы России (2002 2010 годы)" // Постановление Правительства Российской Федерации от 9 июля 2007 года N 437.

83. О внесении изменений в федеральную целевую программу "Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)" // Постановление Пра-вительства Российской Федерации от 10 апреля 2008 года N 258.

84. О внесении изменений в федеральную целевую программу "Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)" // Постановление Пра-вительства Российской Федерации от 17 марта 2009 года N 236.

85. О внесении изменений в федеральную целевую программу "Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)" // Постановление Пра-вительства Российской Федерации от 21 декабря 2009 года N 1035.

86. О внесении изменений в федеральную целевую программу "Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)" // Постановление Пра-вительства Российской Федерации от 29 октября 2009 года N 864.

87. О федеральной целевой программе "Развитие транспортной системы России (2010-2015 годы)" (с изменениями на 22 апреля 2010 года) // По-ста-новление Правительства Российской Федерации от 5 декабря 2001 года N848.

88. Об организации исполнения карты проекта "Развитие транспортной системы и повышение конкурентоспособности транспорта" // Утверждена Председателем Правительства Российской Федерации В.В.Путиным от 9 июня 2010 года КВП-П13-4019.

89. Об утверждении Стратегии развития транспорта Российской Федерации на период до 2010 года // Одобрено распоряжением Правительства Российской Федерации от 3 июля 2003 года N 909-р.

90. Об утверждении Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года // Приказ министерства транспорта Российской Федерации от 31 июля 2006 года N 94.

91. Организация перевозок нефтепродуктов // http://ngavt.narod.rii/data/orf7orf-008.htm.

92. Орешина М. Д., Хозиев Н. Н., Шемякина Г. Н. Численное исследование теплообмена в горизонтальном цилиндре в условиях свободной конвекции жидкости //Труды ВНИИСПТнефть. Уфа. - 1972. - Вып. 9. - С. 125-128.

93. Отраслевой стандарт. ОСТ5.5524-82. Системы подогрева жидких грузов морских нефтеналивных судов. Правила и номы проектирования. М.: МСП, 1984. - 105 с.

94. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Наука, 1984. - 288 с.

95. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и механики жидкости /Пер. с англ. под ред. Е.Д. Виленского. М.: Энергоатомиздат, 1984.- 152 с.

96. Перепечко Л.Н. Моделирование процессов тепломассопереноса в пограничном слое с фазовыми и химическими превращениями: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 1998. - 14 с.

97. Перепечко JI.H. Моделирование процессов тепломассопереноса в пограничном слое с фазовыми и химическими превращениями: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 1998. - 17 с.

98. ЮО.Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Численные методы газовой динамики. М.: Высшая школа, 1987. - 232 с.

99. Писковский В.О. Использование прямого метода решения разностных уравнений Стокса при решении задач тепловой конвенции. М., 1991. -52 с.

100. Плаксин И.М. Система подогрева вязких грузов в речных танкерах //РНТС. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1971. - № 9. - С. 15-18.

101. ЮЗ.Плешивцева Ю.Э. Разработка и исследование пространственно-временных алгоритмов оптимального управления технологическими процессами тепломассопереноса: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Самара, 1996. 20 с.

102. Плохов A.B. Совершенствование метода расчета и проектирования систем подогрева груза на речных нефтеналивных судах на основе исследования теплообмена при подогреве вязких нефтепродуктов //Автореф. дис. . канд. техн. наук. Горький, 1974. - 22 с.

103. ПМА Д-210 новое решение проблем при перекачке высокозастываю-щих нефтей // Нефть Газ. - 2010.- № 85.

104. Юб.Полежаев В.И. Математическое моделирование тепломассообмена на основе уравнений Навье-Стокса. М.: Наука, 1987. - 272 с.

105. Попов В.Н. Численное решение нестационарных теплофизических задач с фазовым переходом в интервале температур: Автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук. Новосибирск, 1998. - 28 с.

106. Ю8.Послание Президента Российской Федерации иФедеральному Собранию Российской Федерации 12 ноября 2009 года.

107. Послание Федеральному Собранию Российской Федерации Президента России Владимира Путина // "Российская газета" Федеральный выпуск №4353 от 27 апреля 2007 г.

108. ПО.Проект «Сахалин-2»: http://vff-s.narod.ru/sh/s2/r02.htm.111 .Протодьяконов И.О., Чесноков Ю.Г. Гидромеханические основы процессов химической технологии. Л.: Химия, 1987. - 360 с.

109. Пчелкин И.М. Теплоотдача вертикальных труб при естественной конвекции //ДАН СССР. Сер. Конвективный и лучистый теплообмен. М.: АН СССР, 1960.-С. 56-64.

110. Реактивы. Кислота ортофосфорная термическая. Технические условия. ГОСТ 6552-80. ;

111. И5.Рекомендации участников конференции «Транспортное право как инструмент реализациитранспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года» // Еженедельная информационно-аналитическая газета "Транспорт России", № 30 (422), 28 Июля, 2006 г.

112. Пб.Роже Пейре, Томас Д.Тейлор. Вычислительные методы в задачах механики жидкости /Пер. с англ. Н.Е. Вольцингер Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-352 с.

113. Российский морской регистр. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. Санкт-Петербург .¡Российский морской регистр судоходства, 2008.- 502 с.

114. Российский морской регистр. Правила классификации и постройки морских судов. Том 2. Санкт-Петербург .¡Российский морской регистр судоходства, 2008.- 691 с.

115. Российский морской регистр. Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов. Том 1.- Санкт-Петербург ^Российский морской регистр судоходства, 2007.-162 с.

116. Российский морской регистр. Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов. Том 2.- Санкт-Петербург .Российский морской регистр судоходства, 2007.-328 с.

117. Российский морской регистр. Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов. Том 2.- Санкт-Петербург .¡Российский морской регистр судоходства, 2007.-344 с.

118. Концепция развития водного транпорта России // Одобрена решением правительства Российской Федерации от 3 июля 2003 года N 909-р.

119. Роуч П. Вычислительная гидродинамика /Пер. с англ. В.А. Гущина и В .Я. Мтницкого.- М.: Мир, 1980.- 616 с.

120. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980.-248 с.

121. Рудый A.C. Релаксационные и автоколебательные процессы в теплофи-зических системах с внешней связью: Автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук. М., 1997. - 32 с.

122. ИО.Русакова O.JI. Численное исследование естественной конвекции с учетом теплового излучения границ: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. -Пермь, 1999.- 16 с.131 .Рынок грузоперевозок в России. Вып. 3: http ://plano vik.ru/research/transport/.

123. Самарский A.A., Вабищевич П.Н. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. -М.: Эдиториал УРСС, 1999. 247 с.

124. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен /Пер. с англ. C.JI. Вишневецкого, С.С. Ченцова; Под ред. О.Г. Мартыненко. М.: Энерго-атомиздат, 1991. - 678 с.

125. Селиванов Н. В. Исследование теплообмена в придонной области танка нефтеналивного судна при качке //Тез. докл. междун. конф. «Проблемы транспорта Дальнего Востока». Владивосток: ДВАВТ, 1999. - Т.1. - С. 121-122.

126. Селиванов Н.В. Влияние переменной вязкости на теплообмен при ламинарной свободной конвекции //Материалы докладов Российского национального симпозиума по энергетике. Казань: КГЭУ, 2001. - Т. 1. -С. 397-400.

127. Селиванов Н.В. Исследование влияния зависимости вязкости жидкости от температуры на теплообмен при свободной конвекции //Матер, меж-дунар. научн. конф., посвященной 70-летию АГТУ. Астрахань: АГТУ, 2001.-Т. З.-С. 235-238.

128. Селиванов Н.В. Исследование работы тупикового подогревателя //ЕНТЖ. Энергосбережение в Поволжье. Ульяновск, 2000. - Вып. 3. -С. 99-101.

129. Селиванов Н.В. Теплообмен высоковязких жидкостей в емкостях: Монография. Астрахань: АГТУ, 2001. - 232 с.

130. Селиванов Н.В. Теплообмен при качке у ограждающих поверхностей наливных судов //Тез. докл. ХЫ1 науч. конферен АГТУ. Астрахань: Изд-во АГТУ, 1998. - С. 216.

131. Селиванов Н.В. Теплообмен при колебаниях у вертикальной поверхности емкости. Основы теории //Саратов: ОЭП СНЦ РАН, 2000. 27 с.

132. Селиванов Н.В. Теплообмен при смешанной конвекции //Совершенствование энергетических систем и комплексов: Сб. науч. трудов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2000. - С. 32-38.

133. Нб.Селиванов Н.В., Ильин А.К. Влияние колебаний емкости на теплообмен жидкости в придонной области //Материалы докладов Российского национального симпозиума по энергетике. Казань: КГЭУ, 2001. - Т. 1. -С. 413-416.

134. Селиванов Н.В. Новый метод расчета теплопотерь от жидкого груза через ограждающие поверхности морских наливных судов при качке //Саратов: ОПЭ СНЦ РАН, 2001. 51 с.

135. Селиванов Н.В., Яковлев П.В., Горбанева Е.А. Влияние различных факторов на динамику слоя структурированной фазы //Материалы научн. чтений "Стратегия выхода из глобального экологического кризиса". -СПб.: МАНЭБ, 2001. С. 178-180.

136. Селиванов Н.В., Яковлев П.В., Горбанева Е.А. Совершенствование перевозок высоковязких жидкостей автотранспортом //Материалы научн. чтений "Стратегия выхода из глобального экологического кризиса". -СПб.: МАНЭБ, 2001. С. 180-182.

137. Скибин А.П. Вариант конечно-элементного метода контрольного объема для решения задач тепломассообмена: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1993.- 16 с.

138. Спрос на танкеры для перевозки нефти: http://www.rzd-partner.ru/news/2010/07/09/3 55874.html.

139. Стефановский В.М. Теплоотдача при таянии льда в условиях свободной конвекции //Труды координационных совещ. по гидротехнике. JL: Изд. ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1976. - Вып. III. - С. 35-40.

140. Тепломассообмен: Вычислительный эксперимент в задачах тепломассообмена и теплопередачи. М., 1992. - Т. 9. - Ч: 1. - 216 с.

141. Тепломассообмен: Тепломассообмен в двухфазных системах. М., 1992. - Т. 4. - Ч. 2. - 141 с.155 .Техническая энциклопедия:http://tehno.claw.ru/shared/flot/information/085.html.

142. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года. // Приказ Минтранса РФ от 12 мая 2005 г. N 45

143. Транспортные перевозки на Касппи // http://www.analitika.org/article.php.

144. Физические свойства нефти // http://www.iees.ru/intellect.

145. Физическое и математическое моделирование тепловых и гидродинамических процессов //Межвуз. науч.-техн. сб. Томского политехи, ин-та им. С. М. Кирова /Под ред. М.И. Шиляева. Томск, 1990. - 179 с.

146. Фосфорная кислота// http://www.xumuk.ru/bse/1276.html.

147. Фрязинов И.В. О задаче Стефана для неоднородных сред //ЖВМ и МФ. -1981.-Т. 1.-№5.-С. 927-932.

148. Хасан M. М., Эйчхорн Р. Локально, неавтомодельное решение задачи о характеристиках конвективного течения и теплоотдачи от наклоннойизотермической пластины //Теплопередача. 1979. - Т. 101. - № 4. - С. 86-94.

149. Хессами М.А., Поллард А., Роу Р. Д. Исследование свободно-конвективной теплоотдачи в горизонтальных кольцевых каналах с большим отношением радиусов //Теплопередача. 1985. - Т. 107. - № 3. -С. 92-99.

150. Хессами М.А., Поллард А., Роу Р.Д. Численный расчет свободноконвек-тивного теплообмена между горизонтальными концентрическими изотермическими цилиндрами //Теплопередача. 1984. - № 3. - С. 145-149.

151. Черникин В.И. Сооружение и эксплуатация нефтебаз. М-Л.: Гостоп-техиздат, 1955. - 318 с.

152. Чжань, Банерджи. Трёхмерный численный анализ нестационарной свободной конвекции в прямоугольных замкнутых полостях //Теплопередача. 1979. - Т. 101. -N 1. - С. 78-80.

153. Чизрайт Р. Естественная турбулентная конвекция от вертикальной плоской поверхности теплообмена //Теплопередача. 1968. - Т. 90. - № 1. -С. 1-9.

154. Чиковани В.В., Долгоруков Н.В.Вариационные принципы и методы решения задач тепломассообмена. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 152 с.

155. Численное моделирование нестационарного тепло-массообмена в закрытых объемах /Алексеев А.К., Бондарев А.Е., Бондарев E.H., Молоти-линЮ.А.-М., 1994.-20 с.

156. Что произошло,в отечественном судостроении за I квартал 2009 года : www/korabel.ru.

157. Что произошло в отечественном судостроении за II квартал 2009 года : www/korabel.ru.

158. Шемякина Г.Н. Исследование свободной конвекции при хранении нефти и нефтепродуктов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Уфа, 1978. - С.

159. Шеянов A.A. Моделирование тепломассообменных процессов при подогреве и перемещении высоковязких нефтепродуктов в речных нефтеналивных судах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Нижний Новгород, 1994.-22 с.

160. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя /Пер. с нем. М.: Наука, 1974. — С.

161. Шульман З.П. Конвективный тепломассоперенос реологически сложных жидкостей. М.: Энергия, 1975. - 352 с.

162. Щербаков А.З. Белоногов В.А., Селиванов Н.В. Теплообмен между высоковязкими нефтепродуктами и днищем судна при качке //Судостроение. 1985. - № 4. - С. 10-11.

163. Щербаков А.З. Транспорт и хранение высоковязких нефтей и нефтепродуктов с подогревом. М.: Недра, 1981. - 220 с.

164. Щербаков А.З., Маркин В.К., Плохов A.B. Исследование теплообмена через днище нефтеналивных судов //Изв. ВУЗов. Сер. Нефть и газ. -1974.-№ 11.-С. 75-78.

165. Щербаков А.З., Маркин В.К., Селиванов Н.В. Расчет процессов подогрева нефтепродуктов в морских танкерах //Рыбное хозяйство. 1980,- № 10.-С. 46-48.

166. Щербаков А.З., Овчинников В.А. Теплообмен между нефтепродуктом и охлаждаемой поверхностью в условиях образования структурированной фазы //Изв. ВУЗов. Сер. Нефть и газ. 1978. - № 2. - С. 59-62.

167. Щербаков А.З., Овчинников В.А., Селиванов Н.В. Определение расхода пара на подогрев нефтепродуктов в резервуарах //НТИС. Сер. Нефтехимия и нефтепереработка. М.: ВНИИОЭНГ. - 1990. - № 4. - С. 13-15.

168. Щербаков А.З., Плохов A.B., Маркин В.К., Овчинников В.А., Селиванов Н.В. Экспериментальное исследование теплопотерь в нефтеналивном судне //РНТС. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1974. - № 2. - С. 18- 20.

169. Щербаков А.З., Селиванов Н.В. Измерение локальной плотности теплового потока при изменяющихся во времени граничных условиях //НТС. Тепло- массообмен в химической технологии. Казань. - 1978. - № 6. -С. 44-47.

170. Щербаков А.З., Селиванов Н.В. Исследование теплообмена между нефтепродуктом и вертикальными поверхностями танков нефтеналивных судов при транспортировке в условиях качки //Изв. ВУЗов. Сер. Нефть и газ. 1978.-№ 5.-С. 41-45.

171. Щербаков А.З., Селиванов Н.В. Разработка научно-обоснованных норм расхода пара на подогрев нефтепродуктов в резервуарах //Отчет по НИР. № Гос. регистрации 01828042128, инв.№ 0285.0064001. - Астрахань, 1985.- 126 с.

172. Щербаков А.З., Селиванов Н.В. Расчет теплопотерь через борт нефтеналивных судов в условиях качки //РНТС. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1979. - № 8. - С. 21-24.

173. Щербаков А.З., Селиванов Н.В., Белоногов В.А. Исследование влияния качки нефтеналивного судна на теплоотдачу от трубчатого подогревателя //НТС. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1983. -№ 9. -С. 10-11.

174. Щербаков А.З., Селиванов Н.В., Плохов A.B. Экспериментальное исследование теплообмена между нефтепродуктом и двойным днищем нефтеналивных судов в условиях- качки //Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1978. - № 2. - С. 26-28.

175. Щербаков А.З., Фадеева Н.Г., Плохов A.B. Определение расхода пара на подогрев нефтепродуктов в изолированных и неизолированных резервуарах нефтебаз //РНТС. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1981.-№ 2. - С. 20-22.

176. Щербаков А.З., Яковлев П.В. Исследование процесса теплообмена при водной грануляции серы //Вестник Астраханского технического института рыбной промышленности и хозяйства. М.: ВНИРО, 1993. - С. 246247.

177. Щербакова Р.П., Шалашова Н.В., Головина О.М. Международный морской транспорт нефти //РНТС. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1979. - № 8. - С. 29-32.

178. Якимов A.C. Математическое моделирование и численное решение некоторых задач тепломассообмена и тепловой защиты: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. -Томск, 1999. 34 с.

179. Яковлев П.В. Теплообмен в процессах получения и переработки товарной серы. Монография. Астрахань.: Изд-во АГТУ, 2004. - 168 с.

180. Acagi S. Free convection heat transfer in viscous oil //Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. 1964. - Vol. 30. - № 213. - P. 624-632.

181. Acagi S. Heat transfers in oil tanks of ship //Japan shipbuilding and mar. -Engineering. 1969. - Vol. 4. - № 2. - P. 26-32.

182. Acagi S. Investigation on the Heat Transfer of oil tank //J. of Kansai Zosen Kyokuyo. 1967. - № 124. - P. 26-36.

183. Acagi S., Yoshitomi K. A study on heat transfer during natural convection heating of coal-oil mixture (COM) //Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. 1982. -vol. 48. -№ 434. - P. 2013-2023.

184. Carrey V. P., Mollendorf J. C. Variable viscosity effects in several natural convection flows //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1980. - Vol. 23. - P. 95109.

185. Fujii T. Experiments of free- convection heat transfer from vertical cylinder submerged in liquids //Inter. J. Heat Mass Transfer. 1959. - Vol. 25. - № 152.-P. 280-286.

186. Fujii T., Takeuchi M., Fujii M., Susaki K., Uchara H. Experiments on natural-convection heat transfer from the outer surface of vertical cylinder to liquids //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1970. - Vol. 13. - № 5. . p. 753-787.

187. Fujii T., Uehara H. Laminar natural-convective heat transfer from the outer surface of a vertical cylinder //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1970. - Vol. 13. - № 3. - P. 607-615.

188. Jang K. T. Possible solutions for laminar free convection on vertical plates and cylinders //J. Appl. Mech. 1960. - Vol. 27. - № 2. - P. 230-236.

189. Jang K. T., Novotny J. S.5 Cheng Y. S. Laminar free convection from a non isothermal plate immersed in a temperature stratified medium //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1972. - Vol. 15. - № 5. - P. 1097-1109.

190. Kurihara T Magata A., Maekawa C. Experimental Studies on Heat- transfer coefficients and effective length of tank heating coils in vessels //J. Seibu Zosenkai. 1970. - № 40. - P. 245-253.

191. Kurihara T. Some consideration on heat- transfer coefficients of cargotanks //J. Seibu Zosenkai. 1970. - № 40. - P. 219-244.

192. Lea J.F., Stegall R.D. A two-dimentional theory of temperature and pressure effect on ice melting rates with a heated plate //Trans. ASME. Ser. C (USA). J. Heat Transfer. 1973. - Vol. 95. - № 4. - P. 571-573.

193. Lloyd J. R., Sparrow E. M. On the instability of natural convection flow on inclined Plates //J. Fluid Mech: 1970. - Vol. 42. - № 3. - P. 465-470.

194. Lock G.S.H., Gunderson J.R., Quon D., Donelly J.K. A study of onedimensional ice formation with particular referense to periodic growth and decay //Int.J.Heat Mass Tr. 1969. - Vol. 12. - N 11. - P. 85-91.

195. Pera L., Gebhart B. Natural convection boundary layer flow over horizontal and slightly inclined surfaces //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1973. - Vol. 16.-№ 6.-P. 1131-1146.

196. Pera L., Gebhart B. On the stability of natural convection boundary layer flow over horizontal and slightly inclined surfaces //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1973. - Vol. 16. - № 6. - P. 1147-1163.

197. Przemyst Chemiczny. 1974. - Ch. 58. - N 8. - P. 44911.

198. Saunders R. J. Heat losses from oil- tanker cargoes //Transactions of the Institute of Marine Engineers. 1967. - vol. 79. - № 12. - P. 405-414.

199. Selivanov N. V., Yakovlev P. V. Features of Heat Transfer in the Granulation of Sulfur // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. -2004. Vol. 77. - № 5, September. - P. 904 - 910.

200. Singh E.P., Upadhyany V.K. Melting of ice cubic under controlled condition //Proc. Indian Acad. Sci. 1979. - Vol. 38.' - № 4. - P. 285-289.

201. Sparrow E .M., Gregg J. L. Similar Solutions for Free Convection From a Non-Isothermal vertical Plate //Trans. ASME. 1958. - Vol. 80. - P. 379-388.

202. Sparrow E. M., Gregg J. I. Buoyancy effects in forced-convection flow and heat transfer //ASME J. Of Applied Mech. 1959. - Vol. 81. - P. 133-134.

203. Sucker D. Free Strömung und Wärmeubergang an lotrechten ebenen Platten //VDI Forschungsheft. - 1978. - № 585. - S. 1-40.

204. Suhara J. Studies of heat transfer of tank heating of tankers //Japan Shipbuilding and Marine Engineering. 1970. - Vol. 5. - № 1. - P. 5-16.

205. Suhara J., Kato H., Kurihara T. Experimental studies on the rolling effect on heat losses from oil tanker cargoes //Report of Research Institute for applied Mechanism. 1976. - Vol. 24. - № 76. - P. 1-30.

206. Tran N. N. Sur la convection natural laminaire autour d^une plaque plane en incompressible //C. R. Acad. Sei. 1972. - Vol. 275. - № 21. - P. 1123-1126.

207. Transports, Resultats stables, perspectives incertaines //Petrole informations. -1988. -№ 1646.-P. 27-31.

208. Van Der Heeden D. Y., Mulder J.L. Heat transfers in cargotanks of a 50000dwt tankers //Inter. Shipbuilding Progress. 1965. - Vol. 12. - № 132. -P. 309-328.