發(fā)布時間：2020-06-08 07:21

【摘要】：溢油事故會對海洋環(huán)境造成嚴(yán)重破壞,為了全面了解評估溢油過程,人們對模擬溢油軌跡和歸宿的溢油模型開發(fā)已經(jīng)做了大量工作。本文簡要介紹了海上石油污染的現(xiàn)狀及其危害,并對近海水動力學(xué)和海上石油的行為與歸宿數(shù)值模型的基本理論與發(fā)展現(xiàn)狀做了詳細(xì)的綜述。在此理論基礎(chǔ)上,建立了三維海面溢油遷移轉(zhuǎn)化預(yù)報模型。 近海溢油行為受風(fēng)、波浪和潮流等環(huán)境動力因素影響,因此首先要精確模擬出這些動力因素。為了精確描述近岸復(fù)雜流場,本文使用三維水動力模型POM和第三代近海波浪模式SWAN模擬了近海波流耦合作用下的三維水流。首先引入Mellor以線性波理論推導(dǎo)的垂向三維輻射應(yīng)力公式,討論了輻射應(yīng)力在不同水深情況下的垂向變化規(guī)律,結(jié)果表明輻射應(yīng)力主要集中在自由面附近。將三維輻射應(yīng)力加入到三維水動力模型中去,研究了近岸波浪破碎引起的增水和底層離岸流現(xiàn)象。計算結(jié)果和實驗資料相吻合的結(jié)果表明,考慮三維垂向三維輻射應(yīng)力的水流模型能夠?qū)Ｋ畡恿ΜF(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬。 溢油在海上經(jīng)歷著漂移、擴(kuò)散、擴(kuò)展、垂向離散、蒸發(fā)、乳化、溶解等及其相互作用的復(fù)雜過程,這些過程可以簡略地概括為輸運(yùn)和風(fēng)化過程。最近的海洋觀測顯示海上物體漂移軌跡具有用普通布朗運(yùn)動無法描述的分形結(jié)構(gòu),油膜在海水表層運(yùn)動也有加速擴(kuò)散的趨勢。因此,在模擬擴(kuò)散過程時,利用分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動模型來描述油膜的超擴(kuò)散現(xiàn)象。數(shù)值實驗表明,當(dāng)Hurst指數(shù)取0.75時,可以取得較好模擬結(jié)果。 在證實了粒子跟蹤模型和濃度模型的等價性后,本文提出了粒子跟蹤-濃度混合模型來模擬溢油過程。油以油粒子的形式從源強(qiáng)處排放,當(dāng)油膜厚度或者油滴濃度低于臨界值時,油粒子轉(zhuǎn)為所處網(wǎng)格上的濃度。油粒子消失后,以歐拉-拉格朗日模型來計算濃度。為了獲得三維溢油模式,利用Langeven方程描述油粒子在垂向的運(yùn)動。結(jié)果表明,浮力和垂向湍流強(qiáng)度是油滴垂向運(yùn)動的重要因素。將輸運(yùn)模型和風(fēng)化模型相結(jié)合來預(yù)測溢油表層運(yùn)動,油滴的垂向分布,水體中油濃度以及油組分之間的平衡。用此模型模擬大連附近海域“阿提哥”號油輪溢油事故,數(shù)值模擬結(jié)果和衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)吻合良好。
【圖文】：

2.2溢油模型研究進(jìn)展對于進(jìn)入水體的油，只有充分了解其在水體中的動力學(xué)和非動力學(xué)過程，才能合理地模擬其軌跡和歸宿，其過程如圖1.2所示[06]。海上油的軌跡和歸宿的物理化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境條件所決定。后者是依賴于地點(diǎn)和時間，而前者基本依賴于原油的化學(xué)性質(zhì)。

算內(nèi)模態(tài)方程。一次外模態(tài)時間步長后，外模態(tài) (2.22)一 (2.24)方程中等號右邊的各項由內(nèi)模態(tài)新計算的結(jié)果代替，開始下一個外模態(tài)計算。在以后的計算中式 (2.22)一 (2.24)中的對流和輻射項將由內(nèi)模態(tài)計算結(jié)果提供。圖2.1為內(nèi)外模態(tài)交替計算示意圖，ET為水位，UTB、VTB分別為上一時刻的垂向平均流速，，UTF、VTF分別為下一時刻的垂向平均流速，DTE為內(nèi)模時間步長，DTI為外模時間步長。l廣，}布，?丁氣l川l…l}川B日4盯VT1亨U丁廠Vl「廠eodback___--------一丁一母一----一‘n
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X55

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王琰;程林;陳奇良;袁燕;孫楊;;考慮蒸發(fā)、溶解和生物降解效應(yīng)的油粒子模型[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2014年09期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 顧恩慧;海上溢油行為與歸宿的數(shù)值模擬[D];浙江大學(xué);2013年

2 張楠;海洋溢油運(yùn)動軌跡預(yù)測模型的研究與應(yīng)用[D];大連海事大學(xué);2014年

本文編號：2702735