Выпуск 1, 2026 >

Численное и экспериментальное исследование магнитной сепарации в потоке жидкости

  1. Межотраслевой экспертно-аналитический центр, Москва, Россия
  2. Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», Москва, Россия
  3. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

Вести переписку по E-mail: paa@sngpr.ru.com

doi: 10.65402/npnh.2026.1.007
УДК: 532.5
Выпуск №1 2026 г.
Страницы 35-41
Дата поступления рукописи в редакцию: 10.12.2025 г.
Дата принятия рукописи в печать: 27.01.2026 г.

Аннотация

Очистка жидкостей от примесей методом магнитной сепарации является актуальной задачей для нефтегазовой и химической отраслей, обеспечивающей повышение качества продукции и защиту оборудования. Деметаллизация посредством магнитной сепарации представляет собой эффективный метод, основанный на взаимодействии магнитных, например, железных частиц с внешним магнитным полем, которое притягивает их, позволяя отделить от остальной среды. Целью данной работы является разработка и верификация численной модели движения магнитных частиц в потоке жидкости.
Исследование включает численное мультифизическое моделирование в программной среде COMSOL Multiphysics. Модель описывает движение магнитных частиц в потоке жидкости с учетом уравнений Навье-Стокса для жидкости, сил магнитного взаимодействия и гидродинамического сопротивления. Экспериментальная часть проводилась на лабораторном стенде, воспроизводящем условия моделирования, где исследовались траектории движения магнитных частиц, зависимости максимального магнитного поля от количества постоянных магнитов и эффективность различных конфигураций магнитного поля.
Сравнение с экспериментальными данными, полученными на стенде, подтвердило высокую точность разработанной модели. Анализ цифровой модели стенда позволил выявить ключевые параметры, влияющие на процесс сепарации. Полученные результаты демонстрируют применимость разработанной модели для оптимизации конфигурации магнитных полей в рамках магнитной сепарации, способствуя эффективной очистке жидкостей от магнитных частиц. Предложенный подход имеет потенциал для адаптации в других областях, таких как очистка жидкостей или переработка минералов. В данной работе показано лишь первый этап исследований деметаллизации и магнитной сепарации, в котором в качестве исследуемой жидкости используется вода с магнитными частицами.

Ключевые слова: магнитная сепарация, деметаллизация, численное моделирование, COMSOL Multiphysics, цифровой двойник, метод конечных элементов, магнитная гидродинамика, конфигурация магнитного поля, экспериментальная верификация, нефтегазовая отрасль и магнитной сепарации, в котором в качестве исследуемой жидкости используется вода с магнитными частицами.

Для цитирования:

Папушкина А.А., Ким В.Р., Дергачев П.А., Рыжов В.В., Аверина Ю.М., Замрий А.В. Численное и экспериментальное исследование магнитной сепарации в потоке жидкости // Нефтепереработка и нефтехимия. 2026, № 1, С. 35-41. DOI 10.65402/npnh.2026.1.007.

Список литературы

  1. Алиева Л.А., Замрий А.В., Сухоруков Г.Б. и др. Деметаллизация // Бурение и нефть. – 2021. – № 3. – С. 50-55. EDN: DLQNJV
  2. Ерохин В.В., Сухоруков Г.Б., Алиева Л.А. и др. Деметаллизация нефти и её фракций // Мир нефтепродуктов. – 2020. – № 6. – С. 22-25. EDN: VKZTRQ
  3. Corrosion in the oil and gas industry: A costly challenge. Oil & Gas News. 2024. URL: https://ognnews.com/Article/46837 (дата обращения: 01.10.2025).
  4. Zaidi N.S. et al. Magnetic field application and its potential in water and wastewater treatment systems. Separation & Purification Reviews. 2014. Vol. 43. No. 3. Pp. 206-240. EDN: RQVIRF
  5. Oil Market Report – December 2024. International Energy Agency. 2024. URL: https://www.iea.org/reports/oil-market-report-december-2024 (дата обращения: 01.10.2025).
  6. Global oil production in metric tons 2024. Statista. 2025. URL: https://www.statista.com/statistics/265229/global-oil-production-in-million-metric-tons (дата обращения: 01.10.2025).
  7. Corrosion in the oil and gas industry: A costly challenge. Oil & Gas News. 2024. URL: https://ognnews.com/Article/46837 (дата обращения: 01.10.2025).
  8. Magnetic particle separation, a short review. Elveflow. 2023. URL: https://elveflow.com/microfluidicreviews/magnetic-particle-separation-a-short-review (дата обращения: 01.10.2025).
  9. Ebner A.D., Ritter J.A. Removal of magnetite particles and lubricant contamination from viscous oil by High-Gradient Magnetic Separation technique. Separation and Purification Technology. 2009. Vol. 65, № 3. Pp. 454-461. DOI: 10.1016/j.seppur.2008.12.012
  10. Chen H., Shen J., Wang X. Investigation of the capture of magnetic particles from high-viscosity biological fluids using small permanent magnets. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2016. Vol. 407. Pp. 355-361. DOI: 10.1016/j.jmmm.2016.01.070
  11. Ohara T., Kumakura H., Wada H. Magnetic separation using superconducting magnets // Physica C: Superconductivity. 2001. Т. 357. С. 1272-1280. EDN: KLEANL
  12. Zamani A., Ye H., Huang X. Experimental and numerical studies on the flow characteristics and separation properties of a hydrocyclone. Physics of Fluids. 2019. Vol. 31, № 7. P. 073303. DOI: 10.1063/1.5097408. EDN: GWDKHO
  13. Wang Z., Zhang Y., Zhao L. Numerical and experimental study on enhanced oil-water separation in a hydrocyclone with particles. Physics of Fluids. 2023. Vol. 35, No. 4. P. 043312. DOI: 10.1063/5.0145678
  14. Li J., Wang Y., Zhang H. Numerical study on Fe3O4 nanoparticle separation from water flow using magnetic field. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2024. Vol. 238, No. 2. Pp. 456-467. DOI: 10.1177/09544089231234567
  15. Oka T. et al. Magnetic separation technique for environmental water purification by strong magnetic field generator loading HTS bulk magnets. Physica C: Superconductivity and its applications. 2010. Vol. 470, No. 20. Pp. 1799-1803. EDN: NXEOZP
  16. Oka T. et al. Application of HTS bulk magnet system to the magnetic separation techniques for water purification. Physica C: Superconductivity. 2008. Vol. 468, No. 15-20. Pp. 2128-2132. EDN: KLGPDT
  17. COMSOL Multiphysics®. www.comsol.com. COMSOL AB, Stockholm, Sweden.
  18. AC/DC Module User’s Guide. Pp. 100-299. COMSOL Multiphysics®. COMSOL AB, Stockholm, Sweden.
  19. CFD Module User’s Guide. Pp. 119-128. COMSOL Multiphysics®. COMSOL AB, Stockholm, Sweden.
  20. Антонов С.В., Замрий А.В., Папушкина А.А., Аверина Ю.М., Ким В.Р. Использование магнитного поля для управления движением УМК в гидродинамическом потоке // Деловой журнал Neftegaz.RU. – 2025. – № 5. – С. 33-35. EDN: VAFAXK