海底管線溢油輸移過程的數(shù)值模擬.pdf

1、由于全球?qū)κ湍茉葱枨罅恐鹑者f增和海上勘探、開采規(guī)模不斷擴(kuò)大，海上溢油事故，包括油輪傾覆、海底井噴、輸油管道滲漏等屢見不鮮，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響是惡劣且難以消除的。在溢油事故的預(yù)測(cè)和應(yīng)急處理研究過程中，除衛(wèi)星、雷達(dá)以及微波等遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)以外，計(jì)算機(jī)模擬以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)相關(guān)因素的綜合考慮，在溢油事故應(yīng)急行動(dòng)中發(fā)揮著日益重要的作用。在溢油事故的預(yù)測(cè)和應(yīng)急處理研究中，以往注意力多集中在海底管道破壞或油田的井噴造成的大量溢油的情

2、況。本文重點(diǎn)關(guān)注海底管道出現(xiàn)破裂等問題而產(chǎn)生蠕孔溢油的水下運(yùn)動(dòng)軌跡和影響范圍。此類溢油由于其隱蔽性和長(zhǎng)期性也會(huì)造成較嚴(yán)重的后果。本文基于CFD通用軟件FLUENT，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型，基于壓力的求解器(Pressure-Based Solver)和壓力速度耦合的PISO算法，采用VOF追蹤相界面，考慮了純流和純波作用，建立了二維的海底管線微孔溢油數(shù)值模型。
　　本文在純橫向水流環(huán)境下，給出了溢油水下運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)值結(jié)果，和前人實(shí)驗(yàn)

3、值吻合較好。引入無(wú)量綱密度弗勞德數(shù)Fr0和溢油出口速率與流體流動(dòng)速率的比值R0來探討影響溢油輸運(yùn)過程的因素。比較了Fr0和R0值不同時(shí)，溢油初期上升的高度，產(chǎn)生的渦旋，溢油軌跡的彎曲，油體水下漂移距離，浮上水面的位置和時(shí)間等變化情況。由分析知當(dāng)溢油流速和周圍水流流速相差不大，油品較重時(shí)，溢油上浮到海面時(shí)間更長(zhǎng)，污染范圍更廣，尋找、封堵溢油口和清理油污的工作量及難度加大。在純波浪環(huán)境下，模擬了不同波陡kA的波浪環(huán)境和靜水環(huán)境溢油的水下運(yùn)動(dòng)

4、形態(tài)、流場(chǎng)和水面輸運(yùn)情況。發(fā)現(xiàn)靜水中溢油在靠近水面前油柱幾乎垂直上升，到達(dá)水面附近油前端才略有擺動(dòng)，同時(shí)隨溢油上浮有對(duì)稱渦旋現(xiàn)象。油在水面關(guān)于溢油口對(duì)稱輸運(yùn)。而波浪環(huán)境中溢油軌跡從開始的垂直上浮很快變?yōu)槌蔛型擺動(dòng)上升，且隨油運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的渦旋場(chǎng)更加復(fù)雜，溢油在水面的輸運(yùn)也不再關(guān)于溢油口對(duì)稱。波陡kA越大，溢油柱越早受到擾動(dòng)，軌跡擺動(dòng)幅度越大，對(duì)稱渦旋情形越難維持。引入溢油在水面輸運(yùn)影響范圍的概念和指標(biāo)f來表征不同波陡k對(duì)溢油水面輸運(yùn)相對(duì)于溢