油船水下破艙油品泄漏動力學機理及特性研究.pdf

1、本文主要針對油船水下破艙油品泄漏行為，應用粘性流體動力學理論并采用理論分析、物理模型試驗與數值模擬等方法探索了油品泄漏過程中若干流體力學關鍵問題，獲取了油船水下破艙油品泄漏動力學機理以及破孔特征、油品特征及船舶特征對油品水下泄漏過程的影響規(guī)律。
　　一、針對油船水下破艙油品泄漏過程，探討了應用粘性流體動力學理論解決該科學問題的可行性，并應用不可壓縮流體的連續(xù)性方程、N-S方程與能量方程來解決油品泄漏的粘性流動現象，為本文采用模型試

2、驗、數值模擬及機理分析研究打下理論基礎。
　　二、根據泄漏過程分析的研究目標構建試驗模型、確定油品試樣及設計模型試驗裝置，完成了單殼與雙殼油船在不同泄漏情境下的縮尺模型試驗。模型試驗考慮了油品特征、破孔特征以及船舶特征對泄漏的影響，并采用針對粘性流體的伯努利方程的理論分析方法驗證試驗數據的有效性。
　　三、針對泄漏過程中油品、海水與空氣的多相流動，采用VOF方法建立了三維數值模型，實現了單、雙殼體油船水下破艙油品泄漏過程的數

3、值模擬，分析了油品泄漏過程的流場特征。采用多種泄漏情境的模型試驗數據驗證了數值模擬計算結果的可靠性，并證實了該數值方法的可行性及優(yōu)勢。
　　四、開展了油船水下破艙油品泄漏動力學機理分析。分析了油船水下破艙油品泄漏過程的流態(tài)特征，確定實際泄漏情境中影響泄漏的主要因素及作用形式。根據不同的泄漏動力因素提出分階段分析方法，為油品泄漏過程的多種效應分析建立方法學基礎。
　　五、選取油船水下破艙的破孔高度及直徑來表征破孔特征，并分析了

4、泄漏過程的破孔特征效應。分別以破孔高度與孔徑為單一變量開展了對照組模型試驗。并分階段分析了破孔高度及孔徑對泄漏量與泄漏持續(xù)時間的影響規(guī)律，針對泄漏量與泄漏持續(xù)時間等泄漏特征參數采取無量綱化處理，分析了不同泄漏階段中影響泄漏的因素及作用強度。
　　六、以不同粘度的油品為研究對象，深入分析了泄漏過程的流體粘性效應。選擇油品粘度為單一變量開展了對比試驗，獲取了油品粘性在泄漏過程的不同階段影響泄漏量與泄漏持續(xù)時間等特征參數的規(guī)律，并通過分

5、階段分析來揭示油品粘度效應在泄漏過程中的作用機制。
　　七、將雙殼油船內外殼板破損的時間差因素視作雙層底的初始水層，開展初始水層厚度對泄漏過程的影響研究。設計不同的初始水層厚度開展試驗，并通過針對不同初始水層厚度下的油品泄漏量與入海量的比較獲取初始水層效應的具體規(guī)律。通過參數的無量綱化處理及分階段分析，獲取了雙層底初始水層效應的內在機理。
　　本文系統(tǒng)地建立了油船水下破艙油品泄漏動力學理論體系，并為全面認識油船水下破艙油品泄