【摘要】：本文以風(fēng)浪流多場(chǎng)耦合環(huán)境下的海管泄漏擴(kuò)散過(guò)程為研究對(duì)象,建立剪切流作用下海管漏油過(guò)程的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法,構(gòu)建風(fēng)浪流耦合作用下油氣并漏的數(shù)值分析方法,對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和模擬結(jié)果,以驗(yàn)證數(shù)值方法的可靠性,開(kāi)展風(fēng)浪流耦合作用下數(shù)值模擬研究,研究海管內(nèi)流工況和海洋環(huán)境對(duì)油氣泄漏浮升行為的影響,揭示多場(chǎng)耦合作用下油氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律。為實(shí)驗(yàn)研究溢漏油跟蹤捕捉提供有效的測(cè)試評(píng)價(jià)方法,為數(shù)值模擬多場(chǎng)耦合問(wèn)題提供參考方案,更為溢漏油預(yù)報(bào)和應(yīng)急處置提供參考,具有理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。采用實(shí)驗(yàn)研究的方法研究剪切流作用下溢漏油浮升過(guò)程。詳析不同外部剪切流環(huán)境和內(nèi)外壓差的影響。將溢漏油擴(kuò)散形態(tài)分為三種,海管內(nèi)外壓差是決定擴(kuò)散形態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)。不同溢漏油形態(tài)有不同的階段,每一階段主導(dǎo)外力不同。在湍流和剪切力作用下,油滴發(fā)生分裂和聚并。在風(fēng)浪流耦合場(chǎng)的數(shù)值模擬研究中發(fā)現(xiàn),隨著油氣比越來(lái)越小,油氣上升速度變快,同時(shí),氣團(tuán)比較大,且更加連續(xù),氣團(tuán)呈連續(xù)長(zhǎng)條形狀噴射而出,在接近海平面處,所產(chǎn)生的油滴會(huì)更分散。隨著泄漏壓力增大,油氣上升速度越快,同一時(shí)間內(nèi)溢出的油氣量明顯增多,油氣射流形成的油氣柱與水平方向逐漸成90°夾角。氣團(tuán)在浮升過(guò)程中,氣團(tuán)直徑逐漸變大。對(duì)于不同海流流速的油氣泄漏過(guò)程,隨著海流速度增加,從油氣柱分離的油氣團(tuán)向海流下游方向遷移的速度越快,分散的油氣團(tuán)就會(huì)較早、且在較低的高度從主流油氣柱分離,到達(dá)液面之后,海流速度和波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度疊加,導(dǎo)致油滴運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越快。隨著波長(zhǎng)與周期的增加,油氣團(tuán)在水下的擴(kuò)散范圍也越廣,油氣團(tuán)在較低的高度開(kāi)始從油氣柱分散向兩側(cè)擴(kuò)散。隨著風(fēng)速越來(lái)越大,油滴在海平面擴(kuò)散速度越來(lái)越快,當(dāng)海風(fēng)和波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向一致,油相運(yùn)動(dòng)速度加快,當(dāng)海風(fēng)和波浪水質(zhì)點(diǎn)速度方向不同,油相運(yùn)動(dòng)速度變慢。一旦發(fā)生泄漏,根據(jù)海管壓力、油氣比、外流環(huán)境可以高效、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)泄漏的油氣浮升軌跡,當(dāng)海管泄漏壓力較大,單位時(shí)間內(nèi)泄漏的油量較大,且油氣上升速度快,需盡早、盡快停輸管道,并在海流下游位置布放圍油欄,防止油氣進(jìn)一步污染環(huán)境。若油氣比較小,油氣上升速度較快,油滴在海平面較分散,需要將圍油欄布控范圍擴(kuò)大。確定泄漏環(huán)境,如風(fēng)力、海流流速、海浪要素,可以預(yù)測(cè)海面見(jiàn)油區(qū)域,在該區(qū)域布置圍油欄、收油機(jī)等輔助設(shè)備,最高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保地展開(kāi)溢油回收工作。
【圖文】：

圖１－１技術(shù)路線圖逡逑１．６創(chuàng)新點(diǎn)逡逑（１）關(guān)于風(fēng)浪流耦合作用下海管油氣并漏的研宄較少，針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，開(kāi)展逡逑實(shí)際尺寸下油氣并漏研究，獲得具有廣泛適用性的研究結(jié)果和油氣擴(kuò)散行為的預(yù)測(cè)。逡逑（２）通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和模擬研究，發(fā)現(xiàn)壓力、油氣比、波長(zhǎng)周期和海流要素主要影響逡逑油氣水下泄漏行為，而波浪要素、海流和海風(fēng)共同影響溢油在水面的擴(kuò)散遷移行為，為逡逑發(fā)生溢漏油事故的處理提供參考和控制。逡逑６逡逑

0ｉ：邐／0邐￣￣Ｔ邐ｈ邐，｜邐＾逡逑圖２－１幾何模型示意圖逡逑在展開(kāi)數(shù)值模擬之前，需要離散化網(wǎng)格，采用專業(yè)離散網(wǎng)格軟件Ｇａｍｂｉｔ，計(jì)算域網(wǎng)逡逑格主要由三角形非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和四邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格構(gòu)成，如圖２－２。由于本模擬重點(diǎn)監(jiān)逡逑測(cè)油氣泄漏區(qū)域，因此對(duì)該區(qū)域進(jìn)行加密，并采用三角形網(wǎng)格如圖２－３，三角形網(wǎng)格區(qū)逡逑域?yàn)椋福埃淼剑保玻埃碇g。其他構(gòu)造水流環(huán)境區(qū)域采用四邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。為了更好的捕逡逑捉波浪形態(tài)，以及油氣在水面上的運(yùn)動(dòng)，將靜水深上下各兩米處的網(wǎng)格進(jìn)行加密，以便逡逑更清晰地展現(xiàn)網(wǎng)格，為了更清晰地展示離散化網(wǎng)格，圖中所示的網(wǎng)格比例有所調(diào)整。逡逑網(wǎng)格最小尺寸為３．０９３６０１ｘＨ）－４ｍ２，，網(wǎng)格最大尺寸為＾ＳＯＯＯＣＢｘｌＯ－１］�。。�，網(wǎng)格總數(shù)為逡逑１２６８１５，最小正交質(zhì)量為０．７４８，正交質(zhì)量取值０－１，越接近１，表示網(wǎng)格質(zhì)量越好，最逡逑大長(zhǎng)寬比為４．２
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE832

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2679399