The present-day challenge of oil industry is gradual decrease of conventional light crude reserves and increased consumption of hard-to-recover heavy crude. The goal of thesis is to establish change regularities of structural-mechanical properties and thermody-namic activation parameters for viscous flow in oil dispersed systems (ODS) of various composition (paraffin and naph-thene and aromatic bases) from Timan-Pechora petroleum region (Russia) in a broad range of temperatures and shear rates and under the exposure of external fields, and also to experimentally determine phase diagrams of binary hydrocarbon systems (nonadecane – decaline and nonadecane – naphthalene) modeling ODS mixture of completely opposite nature. Study results can be used for predicting and preventing structure formation during production, transport and storage of ODS's with various content of solid paraffins, resins and asphaltenes.:INTRODUCTION CHAPTER 1. ANALYSIS OF THE MODERN CONDITION AND METHODS OF RESEARCH OF HEAVY OILS 1.1 The current state of hydrocarbon reserves 1.2 Oil classification 1.3 Oil chemical composition 1.4 Influence of components of oil dispersed systems on their low-temperature properties 1.5 Structuring in oil dispersed systems 1.6 Rheological models of oil dispersed systems 1.7 Evaluation of the thermodynamic characteristics of the activation of the viscous flow of oil dispersed systems 1.8 Chemical composition and structural-mechanical properties of the oils from Timan-Pechora province 1.9 Modern methods of influencing the structure and properties of oil dispersed systems CONCLUSIONS TO CHAPTER 1 CHAPTER 2. OBJECTS AND METHODS OF RESEARCH 2.1 Objects of research 2.1.1 Physical and chemical properties of oils from Timan-Pechora province 2.1.2 Physical and chemical properties of high-boiling fractions from Timan-Pechora province 2.1.3 Physical and chemical properties of light distillate from heavy oil and individual hydrocarbons (nonadecane, decaline and naphthalene) 2.2 Research methods 2.2.1 Methods of conducting research on the physicochemical properties of oils 2.2.2 Methods of determining the group hydrocarbon composition of oil dispersed systems 2.2.3 Method for determination of low-temperature properties of binary systems 2.2.4 Methods for determining the structural and mechanical properties of oil dispersed systems from Timan-Pechora province 2.2.5 Characteristics of sources of external impact on oil 2.2.6. Methods of processing samples by external influence CONCLUSIONS TO CHAPTER 2 CHAPTER 3. INVESTIGATION OF LOW-TEMPERATURE PROPERTIES OF BINARY AND OIL DISPERSED SYSTEMS 3.1 Justification of the computational models used to describe the phase diagrams of binary systems 3.2 Investigation of low-temperature properties on model binary systems of nonadecane-decaline and nonadecane-naphthalene 3.3 Investigation of the low-temperature properties of a light distillate mixture (NK-330 °C) of heavy naphthenic-aromatic Yarega oil and light paraffin haryaga oil CONCLUSIONS TO CHAPTER 3 CHAPTER 4. INVESTIGATION OF CHANGES IN STRUCTURAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF OILS AND THEIR HIGH-BOILING FRACTIONS UNDER EXTERNAL EXPOSURE 4.1 Determination of the type of liquid in oil dispersed systems at different temperatures 4.2 Determination of the dependence of the ultimate shear stress of oil dispersed systems on temperature 4.3 Investigation of the thixotropic properties of the oils from Timan-Pechora province 4.4 Impact of external fields on the rheological properties of heavy oil 4.5 Effects of external fields and diluents on the rheological properties of heavy oil CONCLUSIONS TO CHAPTER 4 CHAPTER 5. RESEARCH OF THERMODYNAMIC CHARACTERISTICS OF THE ACTIVATION OF A VISCOUS FLOW OF OILS AND HIGH-BOILING FRACTIONS UNDER DIFFERENT CONDITIONS (TEMPERATURES AND SHEAR RATE) 5.1 Liquidus temperature and activation energy of viscous flow of oil dispersed systems 5.2 Thermodynamic characteristics of the activation of a viscous flow of oil dispersed systems 5.3 Investigations of the strength of intermolecular interaction in oil dispersed systems as a function of the frequency of molecule jumps 5.4 Change in the activation energy of viscous flow of oil dispersed systems with increasing shear rate 5.5 Changes in thermodynamic characteristics of the activation of a viscous flow of oil dispersed systems with increasing shear rate 5.6 Changes in the strength of intermolecular interaction in oil dispersed systems with increasing shear rate CONCLUSIONS TO CHAPTER 5 CONCLUSION LIST OF ACCEPTED REDUCTIONS BIBLIOGRAPHY ANNEX 1. Act of introduction of development in LLC LUKOIL-Ukhtaneftepererabotka APPENDIX 2. Patent of the Russian Federation 'Method of preparation of heavy oil for refining

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich nach der Analyse und Optimierung der Stromzuführungen auf Flüssigstickstoff-Temperaturniveau, hauptsächlich mit der Untersuchung einer Gemisch-Stickstoff-Kaskade als Kälteversorgungssystem eines resistiven HTSL-Kurzschlussstrombegrenzers. Unter einem Kurzschlussstrombegrenzer versteht man einen veränderlichen elektrischen Widerstand, welcher, gegebenenfalls in Serie mit konventionellen, mechanischen Stromunterbrechern, direkt in den zu schützenden Stromkreis eingebaut ist. Als veränderlicher elektrischer Widerstand kann z.B. ein supraleitendes Element verwendet werden. Im normalen Betriebsfall setzt dieser dem fließenden Strom praktisch keinen Widerstand entgegen. Die Dimensionierung wird so gewählt, dass im Falle eines Überstroms ein rascher Übergang in den normalleitenden Zustand erfolgt. Durch den nun vorhandenen Widerstand wird der Stromfluss sehr effektiv begrenzt, bis beispielsweise nachgeschaltete mechanische Schutzeinrichtungen ansprechen. Sobald dies erfolgt ist, kann der Supraleiter regenerieren und in den Ausgangszustand zurückkehren. Die Verwendung von HTSL-Material als Supraleiter erscheint hier höchst vorteilhaft, da damit ein Arbeiten auf Flüssigstickstoff-Temperaturniveau erlaubt wird. Ein entscheidender Punkt für die erfolgreiche Einführung der HTSL-FCL ist die Bereitstellung einer geeigneten Kälteversorgung. Dies kann entweder durch regelmäßiges Nachfühlen mit flüssigem Stickstoff oder durch den Einsatz einer Kältemaschine zur Stickstoffrekondensation realisiert werden. Beim Einsatz einer Kältemaschine hat man einen von der Stickstoffnachlieferung unabhängigen Betrieb mit geschlossenem Kühlsystem. Die Energiedissipation in dem HTSL-Element selbst ist unter Normalbedingungen vernachlässigbar klein. Für die Auslegung des Kühlsystems ist von Bedeutung, dass der größte Teil der Wärmelast durch die metallischen Stromzuführungen verursacht wird. Die Auslegung des Kühlsystems muss sich daher an der thermodynamischen Analyse der Stromzuführungen orientieren. Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Analyse von Kühlmethoden für solche Stromzuführungen hinsichtlich ihrer Effektivität und Wirtschaftlichkeit. Ein neues Kühlsystem auf der Basis einer Gemisch-Stickstoff-Kaskade wird vorgeschlagen als Alternative zu den derzeit in Frage kommenden Kühltechniken. Es wurde folgende Vorgehensweise gewählt: 1. Verschiedene Kühlmethoden zur Kühlung von SZF werden aufgeführt und thermodynamisch bewertet. 2. Kühlsysteme, basierend auf einer Gemisch-Stickstoff-Kaskade, werden vorgeschlagen und deren Charakteristika mittels numerischer Simulation bestimmt. 3. Ein auf der Basis einer Gemisch-Kältemaschine gebauter Stickstoffverflüssiger wird in Betrieb genommen und getestet. 4. Die Funktion und die Effektivität der Gemisch-Stickstoff-Kaskade zur Kühlung der Stromzuführungen werden bewertet. 5. Zugehörige Kühlsysteme auf der Basis verschiedener Kühltechniken werden analysiert 6. In einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden die Kühlsysteme einander gegenübergestellt Insgesamt kann als Ergebnis festgehalten werden, dass der Einsatz der vorgestellten Gemisch-Stickstoff-Kaskadenanlagen zur Kälteversorgung im vorgestellten Anwendungsfall eine durchaus wettbewerbsfähige, voraussichtlich sogar überlegene Alternative zu den sonst verfügbaren Methoden darstellt.

In dieser Arbeit wird der Wärmeübergang bei der Tropfenkondensation aus feuchter, turbulent strömender Luft experimentell untersucht. Die Versuchsstrecke besteht aus einem horizontalen Kanal in den Abmessungen (12 × 32 × 750) mm . Die Kondensation findet auf einem mit Kunststoff beschichteten Wärmestromsensor statt, der in einer der vertikalen Kanalwände bündig eingelassen ist. Experimentell erfasst werden der Wärmedurchgangswiderstand der Kondensatschicht durch Anwendung eines theromografischen Verfahrens sowie der in den Sensor eindringende Wärmestrom. Messergebnisse werden für verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten, Luftfeuchten und -temperaturen, sowie für variierende Temperaturen der Sensoroberfläche gewonnen. Die Messergebnisse werden mit den Vorhersagen eines aus dem Kontext der Filmkondensation entlehnten Modells verglichen. Systematische Abweichungen konnten mit der Größe der Tropfen auf der Oberfläche korreliert werden. Die ermittelten Korrelationsgleichungen werden angegeben. Die Übertragbarkeit des hier entwickelten Ansatzes auf andere Geometrien und Randbedingungen konnte durch seine Anwendung auf externe Messdaten gezeigt werden.

Zweitveröffentlichung / Die Anwendbarkeit der Verdünnungsmethode mit Hilfe des Markers Deuteriumoxid (D2O) zur in vivo-Erfassung der sich ändernden Körperzusammensetzung wurde an 53 Ziegenlämmern der Rasse Bunte Deutsche Edelziege im Gewichtsabschnitt von 4 kg bis 20 kg LM überprüft. Bei einer Lebendmasse von 4, 8, 12, 16 bzw. 20 kg wurde den Tieren nach einer 13- bis 18stündigen Nüchterung D2O injiziert und nach weiteren vier bis fünf Stunden Blutproben gezogen. Bei jeweils einem Teil der Tiere erfolgte anschließend die Schlachtung und die chemische Analyse der Körper zur Bestimmung des Ganzkörperwassergehaltes, der Chymusmasse und der Leerkörperzusammensetzung. Die Messungen der D2O-Konzentrationen in den Blutproben und die chemische Analyse der Ganzkörper ergaben eine Überschätzung des Ganzkörperwassergehaltes durch die Verdünnungsmethode um im Mittel 3,99 %. Zwischen dem chemisch bestimmten und dem geschätzten Wert besteht eine enge lineare Beziehung. Die Schätzung des Inhaltes des Gastro-Intestinaltraktes (Chymus) dient zur Schätzung der Leerkörpermasse. Dessen Variabilität lässt sich im Wesentlichen durch die Lebendmasse erklären. Die chemische Analyse der Tierkörper zeigte, dass die Zusammensetzung des fettfreien Leerkörpers im hohen Maß von der Leerkörpermasse abhängt. Anhand von allometrischen Regressionsgleichungen wurden die Bestandteile der fettfreien Leerkörpermasse geschätzt und daraus die Zusammensetzung des fetthaltigen Leerkörpers ermittelt. Der Vergleich der mittels chemischer Analyse bestimmten bzw. der Verdünnungsmethode geschätzten Leerkörperzusammensetzung ergab eine hohe Übereinstimmung beim Wasser-, Rohprotein- und Rohaschegehalt. Der Rohfettgehalt wies dagegen größere Abweichungen auf. Als Ursache wurde die Streuung der geschätzten Chymusmasse bzw. Chymuswassermasse aufgedeckt. Das Fazit ist, dass sich die D2O-Verdünnungsmethode zur in vivo-Bestimmung der sich ändernden Körperzusammensetzung von Ziegenlämmern im Gewichtsabschnitt von 4 kg bis 20 kg LM eignet. / On young goats (breed Bunte Deutsche Edelziege) with a live weight range of 4 kg up to 20 kg the suitability of the dilution method using the marker deuterated water (D2O) was checked in order to measure the changes of body composition during growth on living animals (in vivo). At a live weight of 4, 8, 12, 16 and 20 kg the animals received an intrave¬nous dose of D2O after a fastening time of 13 to 18 hours. Blood samples were taken after a waiting period of 4 to 5 hours. In connection with the last blood sample in each period a part of the animals were slaughtered to determine the total body water content, the digesta mass and the empty body composition by chemical analysis. The determination of the marker concentration in the blood samples and the chemical analysis of the total bodies showed that the dilution method overestimated total body water content by 3,99 %. There is a close linear relationship between the estimated and the chemically determined content of total body water. The estimation of the digesta mass serves for the estimation of the empty body mass. Its variation mainly depends on the live weight. The chemical analysis of the animal bodies revealed that the composition of the fat-free empty body is mainly dependent on the empty body mass. Using allometric equations the components of the fat-free empty body mass were estimated and thus the composition of the empty body could be calculated. The comparison of the chemically determined components with the estimated components of the empty body showed a high agreement concerning the content of water, protein and ash. However estimation of the fat content is less accurate. The reason is the variation of the estimated digesta mass and the digesta water mass. It can be concluded that the dilution technique using deuterated water is a practicable method to determine in vivo the changing body composition of growing kids with a live weight range of 4 kg up to 20 kg.

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