水下管道微孔溢油扩散特性及油滴尺寸分布.pdf

《水下管道微孔溢油扩散特性及油滴尺寸分布.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第36卷第6期2017年12月海洋技术学报JOURNALOFOCEANTECHNOLOGYV01．36．No．6Dec．2017doi：10．3969／j．issn．1003—2029．2017．06．011水下管道微孔溢油扩散特性及油滴尺寸分布吕国录1，张军鲈，刘志萌1，杨云朋1(1．集美大学轮机T程学院，福建厦门361021；2．集美大学机械与能源工程学院，福建省清洁燃烧与能源高效利用工程技术研究中心．福建厦门361021)摘要：对水下油管微孔泄漏进行了有关数值模拟及实验研究。首先采用计算流体动力学(cFD)方法对微孔泄漏后的油气两相混合

2、物的运动特性进行了数值模拟．模拟结果表明随着含气率的增大，溢油在海表面横向扩散范围逐渐增大．且其变化接近线性分布；泄漏速度对溢油羽射流形态影响较大．随着泄漏速度的增大。水下溢油羽射流的截面宽度逐渐增大，油滴上升速度较快，且油滴直径不断减小：其次，对泄漏后的油滴尺寸进行了实验测试，实验结果表明泄漏量对油滴尺寸大小有较大的影响，随着泄漏量的增大，油滴获得了更大的出流速度，形成更多更小的油滴，当泄漏量增大到一定程度时油滴逐渐趋于雾化。关键词：水下管道；微孔溢油；扩散特性；尺寸分布；实验研究中图分类号：TE83；X55文献标志码：A文章编号：1003

3、—2029(2017)06—0059—06在开采海上油气资源过程中，水下管道在输油方面发挥了独一无二的作用，但由于长期受到冲刷腐蚀、管道老化及管内压力等因素的影响，海底管道泄漏事故时常发生，不仅造成巨大的经济损失，也对海洋渔业、水产养殖业及海洋环境造成致命的伤害【1]。因此，开展对水下油管泄漏溢油运动及扩散范围的研究对于泄漏事故的风险评估、泄漏后的应急处理及污染物的控制有极为重要的实际意义。目前，国内外学者对海洋溢油问题的研究取得了一定的进展，从20世纪70年代起，国外学者就建立了大量的溢油模型展开了系统的研究，如Hirst[2]建立了二维和

4、三维的浮射流溢油模型进行数值模拟，并与海流作用下垂直浮射流轨迹实验值进行了对比。Yapa等M基于Lagrangian积分法，建立了溢油模型，该模型考虑了溢油的扩散和溶解过程，但没有考虑乳化过程。Johanse等[51建立DeepBlow水下溢油模型，并利用现场实验进行了验证；Zheng等[61建立一种三维数学模型(CDOG)来研究水下溢油形成的浮射流，而DeepBlow和CDOG模型对较深水域的溢油状况适用性较好。国内对海洋溢油问题的研究起步较晚，首先王晶【7]在MAECOLMP模型的基础上改进了微孔溢油模型，并对该模型的可行性进行了验证，在

5、此基础上进行了水下单一孔口上形成气泡／fltt滴的实验。汪守东等【8]在Yapa和Zheng的溢油模型基础上建立了溢油预报模型以分析溢油的上升和扩散过程，并首次考虑了溢油的乳化作用。张军等191采用拉格朗日控制体积分法建立羽动力模型进行了水下管道向下泄漏的羽流特性实验及理论研究，可为该工况下的羽射流特性研究提供一定的借鉴。基于Fluent软件，高清军等陋11研究了不同操作压力，不同海况下对溢油的影响。在数值模拟结果与实验值对比方面，廖国祥等【121建立了深海溢油输移扩散模型，并应用该模型模拟了两个大型深海溢油现象，模拟结果与现场监测数据吻合较

6、好；李志刚等[13】采用有限体积法，建立了海流作用下溢油扩散模型，将模拟结果与Fan的实验值进行对收稿日期：2017—04—10基金项目：福建省自然科学基金资助项目(2014J01201)。作者简介：吕国录(1989一)，男，硕士研究生，研究方向为船舶及海上装置能源工程、海底油气溢漏。E-mail：1536159829@qq．corn通讯作者：张军，男，博士，副教授，从事多相流动、海洋工程及海洋能综合利用、海底油气泄漏、流体机械优化等研究。E—mail：bull0202@sina．con海洋技术学报第36卷比，验证了数值模型的可靠性，在此基础

7、上研究了溢出速度与环境水深对溢油轨迹及扩散范围的影响。以上研究大都在只考虑油品的泄漏情况下而展开的研究，对于油气两相混合泄漏的研究还较少。油滴尺寸分布研究方面，Johansenll疆过“Deepspill”实验发现95％的油滴粒径小于7．5mm，中值粒径为5mm；Yapai巧认为油气粒径分布主要介于1～10mm之间；吕宇玲等【161研究了水平管中油水液滴粒径随流量、温度等参数的变化规律，并利用三种概率分布函数给出了液滴粒径的分布特性；LinL17]等通过25．4mm水平管进行了水下油释放的大规模实验，进行了羽流轨迹、速度及油滴尺寸分布等实验研

8、究，得到初次破碎是量化液滴大小分布的关键因素。基于以上研究及李志刚等对数值模型可靠性验证的基础上，本文在不同泄漏条件下，拟开展水下管道泄漏后油气输移扩散过程模拟分析