3. Показатели свойств нефтяных систем в механических полях

Свойства объектов в силовых полях обычно подразделяют на прочностные и деформационные. Первые являются предельными механическими характеристиками и включают:

- прочностные характеристики, относящиеся к большим напряжениям и кратковременным воздействиям;

- прочностные характеристики, относящиеся к малым напряжениям и длительным периодам воздействия;

- информацию относительно предельного поведения материалов: жесткость (сопротивление вдавливанию), сопротивление процарапыванию (поверхностная жесткость), трение и теплостойкость.

Оценка свойств по показателям, принятым для твердых материалов (углеродных материалов) ничем не отличается от техники измерений, принятых в материаловедении.

Что касается битумов, то их оценивают в основном по механическим характеристикам второй группы. Общепринятыми являются пенетрация и дуктильность, являющиеся температурно-временными характеристиками, определяемыми в строго определенных условиях с помощью специальных приборов.

Видимо наиболее важными являются оценки физико-механических характеристик, связанных со структурно-механической прочностью и агрегативной устойчивостью нефтяных дисперсных систем.

Вопросами прочности ДНС занимается физико-химическая механика дисперсных систем. Механические свойства ДНС непосредственно связаны со структурой ССЕ, поэтому такие свойства чаще всего называют структурно-механическими или реологическими. В результате направленного изменения внешними воздействиями геометрических размеров ССЕ и межфазного слоя происходит перераспределение углеводородов между фазами, реализуются стадии фазового перехода, которые влияют на прочностные свойства.

В процессе физического и химического структурирования могут формироваться правильные пространственные решетки, которые характерны для твердых тел, обладающих анизотропными свойствами (например парафины, графит), и хаотичные пространственные каркасы, придающие твердым телам изотропные свойства (например пеки, асфальты, технический углерод). Реальные твердые тела в ряде случаев состоят из смеси веществ, обладающих разными структурой и свойствами.

Структурно-механические свойств определяют различными методами, основанными, например на вытягивании рифленной пластинки, с помощью ротационных вискозиметров и др.

3.3 Характеристики переноса

Явления переноса – это кинетические процессы, необратимые процессы, в результате которых в физической системе происходит пространственный перенос электрического заряда, массы, импульса, энергии, энтропии или какой-либо др. физической величины. Явления переноса описываются кинетическими уравнениями. К ним относятся: электропроводность — перенос электрического заряда под действием внешнего электрического поля; диффузия — перенос вещества (компонента смеси) при наличии в системе градиента его концентрации; теплопроводность — перенос теплоты вследствие градиента температуры; вязкое течение – перенос импульса, связанный с градиентом средней массовой скорости. Перенос вещества вследствие градиента температуры — термодиффузию и обратный ей эффект Дюфура , гальваномагнитные явления и термомагнитные явления, как уже отмечалось, называются перекрёстными процессами, так как здесь градиент одной величины вызывает перенос др. физической величины. При определённых условиях для перекрёстных процессов выполняется теорема Онзагера.

Приведённые примеры относятся к явлениям переноса в гомогенных системах, внутри которых отсутствуют поверхности раздела. Однако перенос происходит также в гетерогенных системах, состоящих из гомогенных частей (подсистем), отделённых друг от друга или естественными поверхностями раздела (как жидкость и её пар), или полупроницаемыми мембранами.

При появлении в гетерогенной системе разности (перепада) электрического потенциала, давления, температуры между подсистемами возникают необратимые потоки заряда, массы и теплоты. К подобным явлениям относятся: электрокинетические явления — перенос заряда и массы из-за перепада электрического потенциала и давления; термомеханические эффекты — перенос теплоты и массы из-за перепада температуры и давления, в частности механокалорический эффект — перенос теплоты, вызванный разностью давлений.

Явления переноса в газах изучает кинетическая теория газов на основе кинетического уравнения Больцмана для функции распределения частиц; в металлах — на основе кинетического уравнения для электронов в металлах; перенос энергии в непроводящих кристаллах — с помощью кинетического уравнения для фононов кристаллической решётки.

К характеристикам переноса в нефтяных системах относят показатели свойств, связанные с переносами энергии и массы, а также импульса. Наиболее часто рассматривается один из важнейших видов переноса энергии: перенос тепла.