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时间:2018-10-06
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1、油栏现状和数值模拟探究综述摘要:在处理海上溢油事故中,围油栏是一种常用设备。文章介绍了围油栏的发展历程,并对其特性、种类和结构做了较为详尽的综述。结合国内外的研究现状,对今后油栏数值模拟的方向做出进一步的分析与展望。关键词:围油栏;数值模拟;海上溢油1引言海上发生石油泄漏事故时,溢油会在海面形成范围很广的油层。一般情况下,首先必须采取措施对溢油进行围控,而围油栏是不可或缺的围控工具。围油栏具有使用便捷、不会造成附加污染等特点,是应对海上溢油事故中最为有效的工具之一。油栏的研制始于20世纪30年代或更早一些。最初它仅作
2、为应急设备,主要配备于炼油厂、储油基地等场所。直到上世纪六、七十年代,围油栏才得到人们的重视,被用于防污染工作。随着国内外海上石油泄漏事故频发,围油栏的作用更加凸显,专家、学者对高性能围油栏展开了更深入、更广泛地研制。[1,2]2围油栏的特性、种类和结构在分析围油栏拦油性能时要综合考虑乘波性、滞油性及抗风抗浪性[3]。另外,坚固耐用,使用便捷,方便维修以及海生物不易附着等性能同样重要[4]。广泛应用的固体浮子式围油栏组成部分有:浮子、配重和裙体。浮子为围油栏提供了浮力。配重的作用是保证裙体能够在水中尽量伸展并尽可能保
3、持垂直。裙体的作用是拦截浮油油栏种类众多,至今尚无统一分类。按浮体结构可分为:充气式围油栏、固体浮子式围油栏和浮沉式围油栏;按使用环境分类,可分为:平静水流围油栏、保护水域围油栏和外海围油栏;按其布置方式可分为:固油栏、扫油板、导油栅和集油器;按使用情况可分为:移动布放型围油栏、永久布放型围油栏和应急型围油栏;按包布材料可分为:橡胶油栏、PU围油栏、PVC围油栏、网式围油栏和金属或其他材料制成的金属或其他围油栏;按用途可分为:一般用途油栏和特殊用途围油栏,例如:吸油围油栏、防火围油栏、岸滩式围油栏和堰式围油栏均为特殊
4、用途围油栏[5]。目前,我国一般按围油栏的使用性能进行分类:普通油栏(充气式和固体浮子式[6])和防火围油栏。对应我国有关部门所采用的围油栏分类,具体类型围油栏的基本结构如下:(1)充气式围油栏的结构充气式围油栏上部设有规范的气囊,气囊之间一般互不相通。气囊下面则是围油栏的主体,它是一条内夹纤维的耐油胶带,并在水上和水下形成隔油屏障。充气式围油栏一般每100或200m为一组。(2)固体浮子式围油栏的结构固体浮子式围油栏由浮子、裙体、配重、接头、脊绳和柔性段等组件组成,一般每20m—组。围油栏的浮子为PVC包布内夹固体
5、泡沫,浮子之间通过柔性段连接。(3)防火型围油栏的结构防火型围油栏由水上耐火部分、水下裙体、配重链、纵向受力件和接头构成。水上耐火部分的浮体采用耐热防锈的高合金结构钢浮体。柔性段采用耐热金属丝网、防火纤维编织布等材料组成,柔性段用螺栓和压板与浮子连接。水下裙体则采用双层高强度织物涂覆优质阻燃橡胶。配重链方面采用镀锌高强链条包覆在橡胶裙体的底部。OilSpillResponseCatalog为了帮助用户在做溢油应急计划时选择合适的围油栏,对其进行了分类[7]。Fenceboom(栅栏式围油栏)由自支持或浮体支持的加强件
6、构成的围油栏,没有配重链,随波性能比较差。Curtainboom(幕式围油栏)采用充气浮腔作为浮体的围油栏,如压力充气式围油栏和自充气式围油栏。externaltensionboom(外张力式围油栏)通过外张力件和拉索来维持围油栏姿态并承受围油栏拉力的围油栏。Tidalsealboom(潮间带拦油索)上部充气、下部注水型式拦油索。适用于潮间带,浮时对称,可坐于沙滩上及伴随潮水起落而不会倾倒。3国内外研究现状在实验基础上进行的研究不仅浪费人力、物力和财力,而且由于实际条件的限制,实验环境无法与海上水文环境相比拟。随着人
7、们对风、浪、流的研究逐渐深入以及计算机应用技术的突飞猛进,人们不再依赖于实验来设计和测试围油栏,而通过数值模拟的方式来研究。H•M•Brown、C~F.AN和R•H•Goodman等人[8,9,10]模拟了围油栏的拦油失效问题。FANG和SELIM等人[11,12,13]模拟了风浪流作用下围油栏的拦油效果;FANG等人模拟实际海域固体栏板拦油效果,探讨了波浪、水流对界面波的影响。在风海流的影响下,传统结构的围油栏在海况较差时不能发挥应有的作用,而一味地增加栏深,水流和波浪会导致围油栏发生形变。为此,J•M•Lo,K•
8、H•Kang和ChoN•S等人提出了双体围油栏结构,并用拉格朗日粒子追踪法验证出双体围油栏栏间距为8倍左右栏深时,其拦油效果较好。林建国等人对围油栏内不均匀溢油迁移扩散问题进行了解析求解,并通过FLUENT模拟了水平均匀流作用下围油栏夹带使用失效、流失失效和临界累积失效模式,对围油栏也进行了简化且未考虑波浪的影响。张承懿等人对波流作用下围油栏有
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