本文關(guān)鍵詞：水下油管泄漏時油滴尺寸分布研究

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【摘要】：近十年來,隨著海底油氣管道鋪設(shè)數(shù)量的不斷加大,海上油氣勘探和生產(chǎn)得到了顯著提高。但是,也面臨著海底油氣管道泄漏率增加的問題。海底溢油事故對海洋生物和沿海城市造成了嚴(yán)重的影響和危害,其產(chǎn)生的危害程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海面溢油帶來的危害。目前對于溢油的研究大多數(shù)局限于海面溢油,海底溢油則研究很少,對海底溢油的研究更多是針對大開口、大泄漏量的井噴,而微孔泄漏則少有涉及。本文主要對水下管道微孔泄漏時的油滴尺寸分布進(jìn)行了實驗及理論研究,并對不同泄漏工況時的羽流形態(tài)進(jìn)行對比分析,具體的工作如下:1.在水箱內(nèi)進(jìn)行了水下油管微孔泄漏實驗,對同一泄漏孔尺寸在不同泄漏量以及不同釋放方向的油滴尺寸進(jìn)行了實驗測試。實驗結(jié)果表明泄漏量對油滴的尺寸大小有較大的影響,油滴脫離泄漏孔主要受到自身表面張力的阻礙作用,油滴依靠浮力來抵消自身的表面張力,隨著泄漏量的增大,射流獲得更大的動能,溢油在羽射流的初始動能和油滴的表面能共同作用下破碎成大量的小油滴,油滴在水體中克服自身表面張力將動能轉(zhuǎn)化為表面能,油滴的尺寸逐漸減小,油滴的表面積不斷增大獲得更多的表面能。隨著泄漏量的增大使得油滴獲得了更大的出流速度,在泄漏孔處形成強(qiáng)烈的紊流,油滴在紊流的作用下破碎成更多更小的油滴,當(dāng)紊流強(qiáng)度增大到一定程度時油滴逐漸趨于霧化。2.對泄漏量和泄漏孔徑對出流的影響進(jìn)行了實驗研究,分析了水下油滴的受力狀況,驗證了在低雷諾數(shù)情況下可以使用油滴尺寸估算公式,但此公式不適用于雷諾數(shù)較大的情況。實驗對水下水平釋放的溢油羽射流形態(tài)進(jìn)行了研究并且與垂直釋放對比,垂直釋放時,由于浮力與釋放方向相同,浮力對羽流運動起促進(jìn)作用,因此羽流的垂向運動更快。水平釋放時,浮力與初始動量垂直。在浮力與初始動量的共同作用時,羽流會逐漸向上彎曲,當(dāng)水平初始動量消耗完后,羽流完全轉(zhuǎn)化為垂直上升運動,因此,羽流的垂向運動會更慢,羽流的截面寬度形成的也更快更寬。3.采用最大熵方法,以油滴的質(zhì)量、能量守恒為約束方程,建立了預(yù)測油滴尺寸分布的理論模型,并采用數(shù)值技術(shù)對理論模型進(jìn)行了求解,理論預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果的對比表明,預(yù)測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)基本吻合,這說明本文所建模型基本能夠反應(yīng)油滴尺寸的變化規(guī)律。本文通過對水下微孔溢油的研究,為溢油泄漏后的后續(xù)運動的理論模擬提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE973.92

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本文編號：1256048