基于CFD的海洋平臺(tái)油氣泄漏擴(kuò)散仿真研究.pdf

1、本文綜合闡述了國(guó)內(nèi)外氣體泄漏擴(kuò)散的CFD數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀和CFD的基本原理,總結(jié)了氣體擴(kuò)散研究的基本方法,創(chuàng)新性地提出了基于CFD的海洋平臺(tái)油氣泄漏仿真技術(shù)路線,對(duì)海洋平臺(tái)的油氣泄漏擴(kuò)散的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和重要影響因素進(jìn)行了仿真研究。
　　結(jié)合危險(xiǎn)性氣體泄漏擴(kuò)散的特點(diǎn)和海洋平臺(tái)復(fù)雜的海上作業(yè)環(huán)境,本文研究的重要影響因素包括海域風(fēng)速和風(fēng)向、泄漏角度和平臺(tái)布局。通過(guò)對(duì)渤海灣最新風(fēng)況的分析確定海域風(fēng)向和風(fēng)速的初始值。泄漏角度和泄漏速度根據(jù)實(shí)際情

2、況進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)海洋平臺(tái)布局基礎(chǔ)確定平臺(tái)布局種類(lèi),并建立相關(guān)模型。運(yùn)用CFD商業(yè)軟件FLUENT6.3模擬不同變量組合下的油氣泄漏場(chǎng)景。
　　本文采用控制變量法分析模擬結(jié)果。模擬結(jié)果種類(lèi)包括速度云圖、組分危險(xiǎn)區(qū)域、壓力云圖、油氣跡線圖。在渤海灣環(huán)境條件下,通過(guò)C3H8和C4H10的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的提取,總結(jié)出各組合下四大區(qū)的危險(xiǎn)面積量化表。全面系統(tǒng)地研究了海洋平臺(tái)油氣泄漏的擴(kuò)散規(guī)律。
　　分析結(jié)果表明:海域風(fēng)速和風(fēng)向、泄漏方向

3、、平臺(tái)布局會(huì)很大程度上影響泄漏油氣的擴(kuò)散規(guī)律。
　　平臺(tái)布局的影響研究表明:
　　C3H8的危險(xiǎn)區(qū)域比C4H10的危險(xiǎn)區(qū)域小很多,但兩區(qū)域的邊緣形狀類(lèi)似。危險(xiǎn)區(qū)域面積由小到大時(shí)的平臺(tái)布局依次為倒S型、一字型、口字型、L型。總結(jié)出倒S型布局為最佳布局。
　　海域風(fēng)速的影響研究表明:
　　(1)在一定海域風(fēng)速范圍內(nèi),隨著風(fēng)速的增加,危險(xiǎn)區(qū)域擴(kuò)大,即大風(fēng)速利于泄漏油氣的擴(kuò)散。四大區(qū)的面積量化圖表顯示,生活區(qū)、動(dòng)力區(qū)和儲(chǔ)

4、存區(qū)的危險(xiǎn)面積比例存在不同的反常分界點(diǎn),其余隨著風(fēng)速的增加而減小;而生活區(qū)雖然也存在反常分界點(diǎn),但是其余隨著風(fēng)速的增加而增大。
　　(2)速度變化主要在儲(chǔ)存區(qū)。隨著海域風(fēng)速的增加,泄漏場(chǎng)的速度最大值呈減小趨勢(shì)。
　　(3)壓力變化主要在生產(chǎn)區(qū)。隨著風(fēng)速的增加,壓力最大值減小,反常分界點(diǎn)在海域風(fēng)速5.7m/s;壓力最小值的絕對(duì)值增大,反常分界點(diǎn)在海域風(fēng)速3.6m/s。
　　海域風(fēng)向的影響研究表明:
　　(1)隨著海

5、域風(fēng)向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),總危險(xiǎn)區(qū)域面積擴(kuò)大。動(dòng)力區(qū)的兩組分危險(xiǎn)面積占總危險(xiǎn)面積的比例上升,其余三區(qū)比例下降。
　　(2)速度變化主要在生產(chǎn)區(qū)。在定海域風(fēng)速的條件下,海域風(fēng)向?qū)?chǎng)速度影響不大。
　　(3)壓力變化主要在生產(chǎn)區(qū)和動(dòng)力區(qū)。在定海域風(fēng)速的條件下,海域風(fēng)向變化對(duì)泄漏場(chǎng)的壓力最大值影響不大,主要影響場(chǎng)低壓的分布。泄漏方向的影響研究表明:
　　(1) C3H8:隨著泄漏角度增大,0°到30°時(shí),危險(xiǎn)面積逐漸增大;30°到6

6、0°時(shí),總危險(xiǎn)面積逐漸減小;60°到90°時(shí),總危險(xiǎn)面積逐漸增大。趨勢(shì)變化的角度間隔為30°。C4H10:隨著泄漏角度增大,危險(xiǎn)面積呈先增加后減小的趨勢(shì),分界點(diǎn)在泄漏方向30°。
　　(2)泄漏方向?yàn)?0°、75°、90°時(shí),速度分布相似,壓力分布相似。壓力最大值和速度最大值的變化趨勢(shì)相同。
　　通過(guò)對(duì)海洋平臺(tái)油氣泄漏擴(kuò)散的重要影響因素研究,制定更加符合實(shí)際的海洋油氣泄漏事故應(yīng)急預(yù)案。
　　希望本文研究能為海洋平臺(tái)油氣