水下油氣管道泄漏及油氣擴(kuò)散特性研究.pdf

1、隨著陸上資源日漸枯竭，人們將目光轉(zhuǎn)移到了海洋，在不斷加大力度對(duì)海上油氣田進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，海底管路發(fā)揮了重要作用。但海底管路通常會(huì)由于海水侵蝕破損產(chǎn)生油氣泄漏，從而對(duì)環(huán)境造成威脅。因此，準(zhǔn)確了解溢油在海底的輸運(yùn)特性可以降低溢油回收難度，提高溢油清理效率，具有重要的意義?；谏鲜鲈?，本文對(duì)水下管道的單相油泄漏及油氣混合泄漏的擴(kuò)散特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及模擬研究，主要工作如下：
　　(1)對(duì)水下油管的單相泄漏進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明泄漏

2、孔大小對(duì)所形成油滴的尺寸有較大影響。在一定范圍內(nèi)，泄漏孔孔徑越大，油滴尺寸也越大。對(duì)現(xiàn)有油滴尺寸估算公式進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明現(xiàn)有公式僅適用于油滴雷諾數(shù)較小的情況，對(duì)油滴雷諾數(shù)較大的情況并不適用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得了不同泄漏孔的出流系數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明出流系數(shù)隨著孔徑的增大而增大，并從邊界層和小孔出流的角度對(duì)此進(jìn)行解釋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，泄漏量對(duì)溢油上浮至水面的時(shí)間、羽射流初始夾角、羽射流寬度等都有顯著影響：隨著泄漏量的增大，溢油上浮至

3、水面的時(shí)間明顯縮短，羽射流的初始夾角和羽射流寬度均有不同程度的增加。此外，對(duì)垂直向下溢油的羽流動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并與向上溢油進(jìn)行對(duì)比。
　　(2)對(duì)單相油泄漏后的擴(kuò)散特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，詳細(xì)分析了不同時(shí)刻溢油在水體中的輸移擴(kuò)散狀態(tài)，同時(shí)利用模擬得到的速度分布對(duì)卷吸過(guò)程進(jìn)行了分析。
　　(3)在上述基礎(chǔ)上，考慮海流，對(duì)水下兩相油氣擴(kuò)散特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了相應(yīng)的速度分布及壓力分布。模擬結(jié)果表明，在壓差的影響下，溢油會(huì)

4、向海流來(lái)流方向運(yùn)動(dòng)，形成短時(shí)的“逆流”；同時(shí)對(duì)比結(jié)果表明，油氣混合物在豎直方向的分速度并不受海流速度所影響，但海流速度對(duì)污染物的擴(kuò)散范圍、浮射流傾斜角度以及卷吸強(qiáng)度有較大的影響。海流速度越大，污染物上浮至水面時(shí)的橫向擴(kuò)散距離越遠(yuǎn)，浮射流與水平方向的夾角越小，油氣混合物卷吸環(huán)境水體的程度越劇烈。
　　(4)對(duì)不同含氣率的油氣混合物在海流作用下的擴(kuò)散特性進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明，油氣混合泄漏過(guò)程中，含氣率對(duì)泄漏物的輸運(yùn)也有較大影響：