网—栅结构围油栏拦油特性数值模拟

发布时间：2020-03-27 02:21

【摘要】：随着全球经济的飞速发展、地区间贸易往来的日益频繁,世界航运业近些年正在不断的发展和壮大。然而随着海上船舶和设施的不断增多,由此所带来的弊端也日益凸显,由大量船舶、海上石油钻井平台等海上设施所造成的海上溢油事故也屡屡发生。目前溢油污染已经成为全球海洋污染中倍受关注的焦点之一。因此,对于加强海上溢油事故的预防和溢油后处理工作方面的研究就显得尤为重要。而围油栏可以有效控制溢油扩散、减缩溢油区域面积,是防止溢油扩散、配合回收溢油的有力工具,对于一旦发生海上溢油事故后,对减小溢油对环境和生态造成的影响起到了不可估量的作用,因此关于加强对各种高性能围油栏的研制和研究成为防止海洋污染工作的重要课题。本文所完成的主要工作如下：建立了数值波浪水池,采用推板造波法模拟了数值波浪,又通过多孔介质法对波浪进行消波处理,分析了造波板运动周期与冲程对围油栏所在区域流场特性的影响。考虑实际环境因素的影响,进行了多相流(气-液-液)的数值模拟。关于外界环境因素的影响,分别考虑了风速、水流速度、溢油品质、造波板周期、造波板冲程等因素对围油栏拦油特性的影响。应用数值模拟计算,研究不同尺寸、结构参数的围油栏的拦油效果,分析拦油失效发生的条件和原因,以及如何最大限度地避免拦油失效的发生,并模拟出风浪共同作用下围油栏的拦油效果。具体分析研究了网-栅结构围油栏在围控溢油过程中围油栏高度、底网长度、拦网孔隙率等对拦油效果的影响。结果发现本文分所分析的几种参数结构的网-栅结构围油栏适用于2级海况,风速不超过3m/s,水流速度最高为0.3m/s,随着水流速度的提高围油栏上部在波浪的作用下更容易发生拦油失效。同时发现在围油栏实际适用过程中,最大程度的使围油栏本体与溢油直接接触一定程度上能够提高拦油效果。
【图文】：

围油栏,油机,溢油

此时若不及时进行拦截，必将进一步扩大受污染区域，给生态环境带来无法挽回的可怕后果。围油栏通过直接阻挡溢油层的流动，抑制溢油自由扩散，，对溢油进行集聚，是回收溢油的关键一环。如图2.1所示溢油层在水流、浪潮等影响下向水流流动方向扩散，围油栏的存在阻止了溢油的扩散，对溢油起到抑制扩散的作用，为后续回收工作做好关键性准备。事实上，溢油附着在水面上，其形状受波浪、风力等影响是及其不规则的，围油栏受到了溢油层的撞击后，很容易出现部分溢油从围油栏顶部越过的情况，而且当所集油层厚度达围油栏浸没深度时，加之水流速度的影响，围油栏底部就很容易出现溢油的部分流脱，这都将会使得围油栏的拦油效果大打折扣。因此，减小油层对围油栏的撞击、提高围油栏的临界失效速度和拦油效果成为结构优化的导向。2.2数值分析模型的建立2.2.1控制方程的建立控制方程采用不可压缩粘性流体的Navier一StokeS方程和连续方程，选取速度、压力为变量:‘口 uou、P!u二一十V二一}又口X口少/二S (2.1)

波面,网格加密,波面,消波

用推板造波，造波板初始位置(同时也是平衡位置)x二O，做沿x轴(即水平方向)的往复运动，产生数值波浪。为获得较好的造波效果，而且不至于计算量过大，对波面附近的网格进行了局部加密，如图3.1所示。图3.1波面附近区域的网格加密 Fig.3.1Gridre如 ingnearbywavesurfarea消波方法:考虑数值波浪水池中波浪运行到水池墙壁边界处产生反射波，反射波的反向传递势必影响围油栏所在区域的流场分布情况，造成所得数据不准确。为此采用模拟现实中的削波滩的方法进行反射波的削弱，以期得到较理想的波浪水池，提高数值模拟的可信度。目前数值模拟中采用较多的削波方法有多孔介质消波法，稀疏网格消波法，人工粘性削波法[58]等。本文采用多孔介质消波法进行削波。3.1.2推板运动规律对波浪的影响造波板运动速度方程:
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X55

【参考文献】