Математичне моделювання газодинамічних параметрів імпактної струмини теплоносія в процесі термічного розширення свердловини

Булат, АФ
Волошин, ОІ
Потапчук, ІЮ
Ємельяненко, ВІ
Жовтонога, ММ
Жевжик, ОВ
Манігандан, С
Nauka innov. 2019, 15(3):17-23
https://doi.org/10.15407/scin15.03.017
Рубрика: Наукові основи інноваційної діяльності
Мова: Англійська
Анотація: 
Вступ. Порівняно з іншими способами термічного руйнування гірських порід, руйнування породи за допомогою струмини низькотемпературної плазми відрізняється поширенням тріщин в породі на значну глибину, високими значеннями коефіцієнта тепловіддачі та питомого теплового потоку, спрощеною системою автоматизації та дистанційного управління, компактністю застосовуваного термоінструменту.
Проблематика. Можливості аналітичного визначення оптимальних параметрів термічного впливу на гірські породи обмежені розв’язанням рівнянь термопружності та контактних задач теорії міцності. Така постановка задачі є неприйнятною через складність врахування суттєвої зміни фізичних та теплофізичних властивостей гірських порід в процесі їх нагрівання та механічного навантаження. Зважаючи на це, очевидною є необхідність розробки математичної моделі, яка дозволяє визначити основні газодинамічні характеристики струмини теплоносія в процесі термічного розширення свердловини.
Мета. Розробка математичної моделі розрахунку газодинамічних характеристик (тиск, густина, швидкість руху) теплоносія при його русі вздовж поверхні свердловини в процесі її термічного розширення.
Матеріали й методи. Математичне моделювання процесу течії вільної та імпактної струмини теплоносія з використанням ПЕОМ.
Результати. Експериментальними дослідженнями підтверджено адекватність розробленої математичної моделі розрахунку газодинамічних характеристик (тиск, густина, швидкість руху) теплоносія при його русі вздовж поверхні свердловини в процесі її термічного розширення.
Висновки. Отримані результати можуть бути використані для моделювання газодинамічних характеристик при застосуванні термоінструмента з дуговим електричним розрядом в інших технологіях термічної обробки та руйнування матеріалів.
Ключові слова: математична модель, свердловина, струмина теплоносія, термічне розширення
Посилання: 
1. Bazargan M., Gudmundsson A., Meredith P., Browning J., Inskip, N. Wellbore instability during plasma torch drilling in geothermal reservoirs. 49-th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium: Proceedings, (San Francisco, CA, USA, 28 June - 1 July 2015). San Francisco, 2015. P. 1-5.
2. Brkic D., Kant M., Meier T., Schuler M., von Rohr R. Influence of Process Parameters on Thermal Rock Fracturing under Ambient Conditions. World Geothermal Congress: Proceedings, (Melbourne, Australia, 19-25 Аpril 2015). Melbourne, 2015. P. 1–6.
3. Meier T., May D., von Rohr P. Numerical investigation of thermal spallation drilling using an uncoupled quasi-static thermoelastic finite element formulation. Journal of Thermal Stresses. 2016. V. 39, no. 9. P. 1138–1151.
4. Walsh S., Lomov I. Micromechanical modeling of thermal spallation in granitic rock. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2013. V. 65. P. 366–373.
5. Potter R., Potter J., Wideman T. Laboratory study and field demonstration of hydrothermal spallation drilling. Geothermal Resources Council Transactions. 2010. V. 34. P. 249–252.
6. Stacey R., Sanyal S., Potter J., Wideman T. Effectiveness of selective borehole enlargement to improve flow performance of geothermal wells. Geothermal Resources Council Transactions. 2011. V. 35. P. 239–245.
7. Wideman T., Sazdanoff N., Unzelman-Langsdorf J., Potter J. Hydrothermal spallation for the treatment of hydrothermal and EGS wells: a cost-effective method for substantially increasing reservoir production and flow rates. Geothermal Resources Council Transactions. 2011. V. 35. P. 283–285.
8. Клещов А.Й., Терентьєв О.М. Модель експериментальних досліджень руйнування породи індуктивною плазмою. Енергетика. Технологія, економіка, екологія.  2014. Спец. вип. С. 51–54.
9. Терентьєв О.М., Клещев А.Й., Гонтарь П. Планування експерименту руйнування кристалічних структур потоками індуктивної плазми. Вісник Тернопільського національного технічного університету. 2015. № 1. C.134–142.
10. Wu R., Osawa M., Yokokawa T., Kawagishi G., Harada H. Degradation mechanisms of an advanced jet engine service-retired TBC component. Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering. 2010. V. 4, no. 2. P. 119–130.
11. Renusch D., Rudolphi M., Schütze M. Software tools for lifetime assessment of thermal barrier coatings. Part I - Thermal ageing failure and thermal fatigue failure. Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering. 2010. V. 4, no. 2. P. 143–154.
12. Yao M., He Y., Zhang W., Gao W. Oxidation resistance of boiler steels with Al2O3–Y2O3 nano- and micro-composite coatings produced by sol–gel process. Materials Transactions. 2005. V. 46, no. 9. P. 2089–2092.
13. Bulat А., Voloshyn O., Zhevzhik O. Plasma reactor for thermochemical preparation of coal-air mixture before its burning in the furnaces. Mining of Mineral Deposits. 2013. P. 39–44.
14. Kihara H., Hatano M., Nakiyama N., Abe K., Nishida M. Preliminary studies of spallation particles ejected from an ablator. Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. 2006. V. 49, no. 164. Р. 65–70.
15. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика: в 2 т. Т. 1. Москва: Наука, 1991. 532 с.
16. Лухтура Ф.И. Одномерная теория сверхзвуковых нерасчетных струй газа. Известия АН СССР. Серия Механика жидкости и газа. 1993. № 1. С. 48–56.
17. Можаева Ж.П. Исследование гидродинамики и теплообмена при взаимодействии осесимметричной турбулентной струи с преградой, расположенной под различными углами к потоку: дис. канд. техн. наук. Москва, 1978.
18. Анцупов А.В. Исследование параметров нерасчетной сверхзвуковой струи газа. Журнал технической физики. 1974. Т. 44, № 2. С. 372–379.
19. Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю. Теория турбулентных струй. Москва: Машиностроение, 1984. 716 с.
20. Савин В.К., Можаева Ж.П., Аралов Д. Гидродинамические исследования пограничного слоя при струйном обтекании пластины. Известия высших учебных заведений. Серия Машиностроение. 1975. № 9. С. 76–80.
21. Юдаев Б.Н., Михайлов М.С., Савин В.К. Теплообмен при взаимодействии струй с преградами. Москва: Машиностроение, 1977. 248 с.