基于CFD的海洋平臺油氣泄漏擴散仿真研究.pdf

1、本文綜合闡述了國內(nèi)外氣體泄漏擴散的CFD數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀和CFD的基本原理,總結(jié)了氣體擴散研究的基本方法,創(chuàng)新性地提出了基于CFD的海洋平臺油氣泄漏仿真技術(shù)路線,對海洋平臺的油氣泄漏擴散的運動規(guī)律和重要影響因素進行了仿真研究。
　　結(jié)合危險性氣體泄漏擴散的特點和海洋平臺復雜的海上作業(yè)環(huán)境,本文研究的重要影響因素包括海域風速和風向、泄漏角度和平臺布局。通過對渤海灣最新風況的分析確定海域風向和風速的初始值。泄漏角度和泄漏速度根據(jù)實際情

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

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

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

5、域風向逆時針旋轉(zhuǎn),總危險區(qū)域面積擴大。動力區(qū)的兩組分危險面積占總危險面積的比例上升,其余三區(qū)比例下降。
　　(2)速度變化主要在生產(chǎn)區(qū)。在定海域風速的條件下,海域風向?qū)鏊俣扔绊懖淮蟆?br>　　(3)壓力變化主要在生產(chǎn)區(qū)和動力區(qū)。在定海域風速的條件下,海域風向變化對泄漏場的壓力最大值影響不大,主要影響場低壓的分布。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,危險面積逐漸增大;30°到6

6、0°時,總危險面積逐漸減小;60°到90°時,總危險面積逐漸增大。趨勢變化的角度間隔為30°。C4H10:隨著泄漏角度增大,危險面積呈先增加后減小的趨勢,分界點在泄漏方向30°。
　　(2)泄漏方向為60°、75°、90°時,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相同。
　　通過對海洋平臺油氣泄漏擴散的重要影響因素研究,制定更加符合實際的海洋油氣泄漏事故應急預案。
　　希望本文研究能為海洋平臺油氣