МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАВИТАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СРЕД В РАЗЛИЧНЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЯХ

Аннотация

Повышение глубины переработки нефти на отечественных и зарубежных нефтеперерабатывающих заводах является актуальной задачей в условиях увеличения доли тяжелого нефтяного сырья. В работе представлены результаты численного моделирования гидродинамической кавитации в различных конструкциях кавитационных устройств, предназначенных для обработки нефти и нефтесодержащих сред. Рассмотрены четыре варианта гидродинамических кавитаторов: классическое сопло Вентури, модифицированное сопло Вентури с конусным телом обтекания, кавитатор с цилиндрическими телами обтекания и многокамерный кавитатор с последовательным расположением расширительных камер. Расчеты выполнены в программном комплексе ANSYS CFX с использованием двухфазной модели смеси «жидкость–пар нефти», кавитационной модели на основе уравнения Рэлея–Плессета и стандартной модели турбулентности k–ε. В качестве критериев сравнения анализировали распределение давления, скорости и объемной доли паровой фазы, а также особенности пространственной локализации кавитационной зоны. Установлено, что геометрия проточной части существенно влияет на интенсивность, протяженность и расположение кавитационной области. Наиболее благоприятные результаты получены для кавитатора с цилиндрическими телами обтекания. При скорости потока 0,7–0,9 м/с формируется развитое кавитационное облако, преимущественно локализованное в центральной части канала и отделенное от его стенок слоем жидкой фазы. Такая конфигурация обеспечивает высокую кавитационную активность при одновременном снижении потенциального риска кавитационно-эрозионного повреждения. Особое внимание уделено сопоставлению интенсивности кавитации со степенью контакта кавитационной зоны с поверхностью аппарата. Предложены варианты интеграции кавитационных устройств в технологическую схему подготовки и первичной переработки нефти. Рассмотрены возможные эффекты кавитационной обработки, включая интенсификацию процессов дегазации и потенциальное увеличение выхода светлых фракций. Полученные результаты могут служить основой для дальнейшей экспериментальной верификации, оптимизации геометрии кавитатора и оценки эффективности его применения в реальных технологических условиях.