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。基于上述原因，本文對水下管道的單相油泄漏及油氣混合泄漏的擴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，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：