水下油氣管道泄漏及油氣擴散特性研究.pdf

1、隨著陸上資源日漸枯竭，人們將目光轉(zhuǎn)移到了海洋，在不斷加大力度對海上油氣田進行開發(fā)的過程中，海底管路發(fā)揮了重要作用。但海底管路通常會由于海水侵蝕破損產(chǎn)生油氣泄漏，從而對環(huán)境造成威脅。因此，準(zhǔn)確了解溢油在海底的輸運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颍疚膶λ鹿艿赖膯蜗嘤托孤┘坝蜌饣旌闲孤┑臄U散特性進行了實驗及模擬研究，主要工作如下：
　　(1)對水下油管的單相泄漏進行了實驗研究，實驗結(jié)果表明泄漏

2、孔大小對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。對現(xiàn)有油滴尺寸估算公式進行驗證，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，對油滴雷諾數(shù)較大的情況并不適用。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行擬合，獲得了不同泄漏孔的出流系數(shù)，實驗結(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此進行解釋。實驗結(jié)果還表明，泄漏量對溢油上浮至水面的時間、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，對垂直向下溢油的羽流動力學(xué)特性進行實驗研究，并與向上溢油進行對比。
　　(2)對單相油泄漏后的擴散特性進行了數(shù)值模擬，詳細(xì)分析了不同時刻溢油在水體中的輸移擴散狀態(tài)，同時利用模擬得到的速度分布對卷吸過程進行了分析。
　　(3)在上述基礎(chǔ)上，考慮海流，對水下兩相油氣擴散特性進行了數(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

4、向海流來流方向運動，形成短時的“逆流”；同時對比結(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，但海流速度對污染物的擴散范圍、浮射流傾斜角度以及卷吸強度有較大的影響。海流速度越大，污染物上浮至水面時的橫向擴散距離越遠(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)對不同含氣率的油氣混合物在海流作用下的擴散特性進行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明，油氣混合泄漏過程中，含氣率對泄漏物的輸運也有較大影響：