油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理及原油泄漏特性研究

发布时间：2017-08-03 20:33

  本文关键词：油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理及原油泄漏特性研究

  更多相关文章： 晃荡油船 全尺度油舱 原油泄漏 晃荡失效机理 粘性流体动力学

【摘要】：本文针对实际海况下油船搁浅造成的水下破舱原油泄漏行为,构建某VLCC的全尺度油舱,采用理论分析和数值模拟的方法来探究油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理及晃荡油船的原油泄漏特性,论文的主要研究内容如下:一、通过晃荡油船水下破舱原油泄漏过程的理论分析,确定本文研究的油船晃荡类型、晃荡因子及原油属性,并对晃荡油船水下破舱原油泄漏动力进行分析。二、考虑到原油泄漏过程的多相流行为,本文应用三相流动的VOF法来追踪流体自由面,采用动网格技术实现油船的晃荡运动,基于有限体积法的N-S方程和连续性方程作为流体流动的控制方程,并应用k-ε湍流方程来解决原油泄漏过程中粘性和湍流作用的影响。三、基于选定的数学模型,采用基于压力求解的非耦合隐式算法和压力速度耦合的PISO算法,对晃荡油船水下破舱原油泄漏问题进行求解,并分别用液舱晃荡和油品泄漏模型试验证明了数值模拟方法及求解策略的可靠性,进而开展全尺度静止油船和晃荡油船水下破舱原油泄漏的三维数值模拟。四、数值模拟结果表明了静止油船和晃荡油船破舱泄漏的差异性及双壳结构阻漏机理的局限性,并分析了油船双壳结构的阻漏作用和晃荡失效原因。根据晃荡油船水下破舱原油泄漏过程中流体的重力、粘性力和晃荡引起的脉动压力变化将原油泄漏过程分为重力流阶段,过渡流阶段和晃荡流阶段,探究了油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理,并提出晃荡油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理模型。五、通过对不同泄漏阶段原油和海水流动、自由面变化和微观流场特征的分析获得晃荡油船底部破舱水下原油泄漏特性,并探究晃荡幅度和晃荡周期在原油泄漏入海中的作用,确定了不同泄漏阶段在原油泄漏过程中的重要性,为实际海况中晃荡油船水下破舱原油泄漏的控制和优化奠定了理论基础。
【关键词】：晃荡油船 全尺度油舱 原油泄漏 晃荡失效机理 粘性流体动力学
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.133.1
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-12
• 第一章 引言12-19
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 油船水下破舱油品泄漏及液舱晃荡的国内外研究现状13-16
• 1.2.1 静水环境下油舱破损水下油品泄漏研究现状13-14
• 1.2.2 液舱晃荡国内外研究现状14-16
• 1.3 研究目标、内容、方法及创新点16-19
• 1.3.1 研究目标16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.3.3 研究方法17
• 1.3.4 课题来源及创新点17-19
• 第二章 晃荡油船水下破舱原油泄漏行为描述19-23
• 2.1 晃荡油船水下破舱原油泄漏现象分析19-20
• 2.1.1 晃荡油船水下破舱原油泄漏动力分析19-20
• 2.1.2 原油泄漏过程中的多相流问题描述20
• 2.2 油船晃荡工况及特征参数20-22
• 2.2.1 油船晃荡类型及特征参数20-21
• 2.2.2 油船晃荡工况的选择21-22
• 2.2.3 油品属性的确定22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 晃荡油船水下破舱原油泄漏研究方法23-40
• 3.1 理论基础23-25
• 3.1.1 连续性方程23
• 3.1.2 粘性流体运动的动量守恒方程23-24
• 3.1.3 粘性流体运动的伯努利能量方程24-25
• 3.2 数学模型的选择25-29
• 3.2.1 模型假设25
• 3.2.2 多相流模型25-27
• 3.2.3 湍流模型27-28
• 3.2.4 动网格模型28-29
• 3.3 模型的构建及网格划分29-31
• 3.3.1 模型构建29-30
• 3.3.2 网格划分30-31
• 3.4 数值求解策略及边界条件31-32
• 3.4.1 数值求解策略31-32
• 3.4.2 边界条件32
• 3.5 数值模拟方法的验证32-35
• 3.5.1 液舱晃荡试验验证33
• 3.5.2 油船水下破舱油品泄漏试验验证33-35
• 3.6 晃荡油船水下破舱原油泄漏数值模拟结果35-39
• 3.6.1 不同晃荡周期条件下的原油泄漏结果36-38
• 3.6.2 不同晃荡幅度条件下的原油泄漏结果38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第四章 油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理分析40-48
• 4.1 油船双壳结构阻漏作用及晃荡失效原因40-41
• 4.2 晃荡油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理41-42
• 4.3 油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理模型42-47
• 4.3.1 晃荡油船原油泄漏阶段划分42-44
• 4.3.2 不同泄漏阶段的晃荡失效机理模型44-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 晃荡油船水下破舱原油泄漏特性分析48-69
• 5.1 晃荡油船原油泄漏过程的泄漏特征分析48-55
• 5.1.1 重力流阶段的泄漏特征分析48-50
• 5.1.2 过渡流阶段的泄漏特征分析50-53
• 5.1.3 晃荡流阶段的泄漏特征分析53-55
• 5.2 晃荡油船原油泄漏过程的自由面变形分析55-60
• 5.2.1 重力流阶段自由面变形作用分析55-57
• 5.2.2 过渡流阶段自由面变形作用分析57-59
• 5.2.3 晃荡流阶段自由面变形作用分析59-60
• 5.3 晃荡油船原油泄漏过程的微观流场分析60-65
• 5.3.1 重力流阶段微观流场分析60-62
• 5.3.2 过渡流阶段微观流场分析62-63
• 5.3.3 晃荡流阶段微观流场分析63-65
• 5.4 油船水下破舱原油泄漏的晃荡效应分析65-68
• 5.4.1 原油泄漏的晃荡周期效应分析65-66
• 5.4.2 原油泄漏的晃荡幅度效应分析66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 在读期间发表的学术论文及研究成果76

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本文编号：616229