水下溢油数值模拟研究

基于Lagrange积分法和Lagrange粒子追踪法建立了一个水下溢油数值模型。该溢油模型由两个子模型组成:羽流动力模型和对流扩散模型,其中羽流动力模型用以模拟溢油的喷发阶段和浮力羽流阶段;对流扩散模型用以模拟溢油的对流扩散阶段。通过数值实验,结合实验室水槽实验和水下溢油现场实验的观测资料进行模型验证。实验结果表明,模拟结果与观测资料一致性较好,从而验证了本文溢油模型的合理性和准确性;羽流动力模型为对流扩散模型提供源,海流、海水的垂向密度结构和油滴的直径分布是影响溢油在对流扩散阶段运动和分布的主要因素。     

水下输油管微孔溢油的实验研究

目前大部分溢油研究都是针对大孔径泄漏进行的。文中对水下管道微孔(直径小于5 mm的孔)泄漏溢油进行了实验研究,获得了不同尺寸微孔泄漏与出流系数的关系、不同泄漏量时溢油油滴上升至水面的时间以及泄漏产生的浮羽射流的形态。实验结果表明,出流系数会随着泄漏孔孔径的增大而变大,而泄漏量的增加则会明显缩短溢油上浮至水面的时间,增大羽射流宽度。研究对水下微孔泄漏的溢油扩散提供了实验参考,为今后微孔溢油的相关研究打下基础。     

静水和动水环境中水下溢油浮射流初步实验及数值模拟

为深入研究井喷和管道破损等海底事故后溢油在水下环境中的输移扩散过程,文章利用自制的组合式环形水槽（周长9.7 m、宽0.45 m、深1 m）,以阿曼原油与消油剂混合物和淡水（含示踪剂）为模拟污染物,初步开展静水和动水环境中海底溢油浮射流的物理模拟实验,并应用基于拉格朗日积分方法的水下溢油浮射流模型进行数值模拟比较分析。研究结果表明:静水环境中,水下溢油浮射流主要沿喷口的垂直中心线向水面输移扩散;非均匀流动水环境中,横流速度越大,浮射流输移轨迹的弯曲程度越明显;数值模拟的浮射流轨迹总体上与实验观测结果符合较好;研究结果可为今后相关物理实验和数值模型的改进研究提供有益参考。     

海上油气开发水下井喷溢油的化学分散技术研究

为有效应对海上油气开发水下井喷溢油事故,降低海底溢油对海洋环境的危害,文章通过模拟试验研究消油剂的类型、使用量和喷注位置对溢油分散效果的影响,并提出深水水下消油剂使用技术体系。研究结果表明：GM-2消油剂对原油呈现良好的分散性能,且分散效果随剂油比的增大而增强;水下喷注消油剂的使用量为溢油量的10%时即可获得良好的分散效果;在一定范围内,消油剂喷口与水下井口的水平距离对溢油分散效果的影响极小,而垂直高度对溢油分散效果的影响较大。     

某无人水下航行器阻力特性数值模拟

基于FLUENT流体CFD软件,对带鳍舵布局的某无人水下航行器进行了阻力特性数值模拟.选择了合理入口边界条件、出口边界条件、压力与速度的耦合求解方法.数值模拟结果与风洞实验对比表明:该方法对无人水下航行器的阻力特性的预测精度较高,且对流场的显示更加详细、直观.所取得的研究成果对带鳍舵布局无人水下航行器的外形设计具有一定...     

横流环境中水下溢油输移扩散的实验研究

文章基于自制的组合式环形水槽（周长9.7 m、宽0.45 m、深1.0 m）,分别以阿曼原油及其消油剂混合物和淡水（含示踪剂）为模拟污染物,开展水下溢油的物理模拟实验,以浮射流输移轨迹、污染物扩散范围和油滴粒径分布为考察指标,研究横流环境和消油剂的使用对水下溢油输移扩散的影响。实验结果表明:在横流环境中,浮射流输移轨迹开始弯曲的高度随着流速的增加而降低;与淡水浮射流主要在水中输移扩散的情况不同,当污染物为原油时,大粒径油滴脱离浮射流主体并上浮至水面,导致扩散范围更大;消油剂的添加会使原油浮射流内部油滴的体积中值粒径变小,油滴粒径分布曲线向小尺寸方向偏移。实验结果可为后续的物理模拟实验和数值模拟研究提供参考。     

围头湾海域溢油风险模拟及对周围环境敏感区的影响研究

基于MIKE21水动力模型对围头湾海域进行潮流数值模拟,对比实测数据来验证模型模拟的潮位、流速及流向的可靠性。基于拉格朗日“油粒子”理论考虑油膜运动过程风化行为,建立了围头湾海域二维溢油扩散模型,模拟预测4个不同条件下油膜扫海面积及油膜对环境敏感区的污染情况。结果表明：溢油事故会对围头湾内环境敏感区均造成严重污染。夏季常风向（最不利风向）条件下油膜抵岸污染严重,72 h残油量高达46.7%,油膜漂移距离短,扫海面积小于60 km2;冬季常风向条件下油膜漂移距离远,扫海面积大于228 km2,但72 h残油量较低,为37.1%。     

海洋溢油溯源数值模拟方法的研究进展

海洋溢油溯源数值模拟可以为海上溢油事故的应急处置提供技术支撑,同时对确定溢油事故的泄漏源和责任方也具有重要的指导意义。本文概述了海洋溢油溯源数值模拟方法的最新研究成果,总结分析了包括对流扩散过程的逆运算、受体模式、粒子追踪模式和垂向溯源方法等在内的四类数值模拟方法的基础理论和研究进展。同时,归纳了三种常用的溢油溯源数值模拟结果分析方法,并给出了每种方法的优缺点及其对应的适用条件。在分析海洋溢油溯源数值模拟方法应用现状的基础上,初步探讨面临的挑战。这对全面理解溢油溯源数值模拟方法的理论和应用提供了重要参考,并可为相关工作和后续数值模拟方法的改进奠定基础。     

长江口深水航道内溢油轨迹的数值模拟

耦合海洋和溢油模型,建立起1个适用于长江口深水航道内溢油轨迹预报模型。海洋模型考虑了深水航道中导堤丁坝的影响,能够较好地模拟深水航道内流场,使物理场更加可信;溢油模型采用前国际上常用的随机游走和拉格朗日油粒子追踪法,预测油粒子的漂移扩散轨迹和扫海面积。研究表明:在深水航道中段发生的溢油事故,油粒子的漂移分布和扫海面积受导堤丁坝和流场的共同影响,涨急时刻溢油24h后油粒子的分布和扫海主要分布在导堤丁坝附近,落急时刻溢油的油粒子则大部分分布于导堤丁坝外,扫海面积也比涨急时刻大,对九段沙自然保护敏感区域产生一定程度的潜在生态影响。本文用数值实验的方法验证了海洋模型中考虑导堤丁坝与不考虑导堤丁坝相比,溢油轨迹预测是有差别的,考虑了导堤丁坝会对油粒子在导堤丁坝附近的漂移和扩散起阻挡约束和聚集的作用,没有考虑导堤丁坝的溢油扫海面积增大。     

基于数值模型和事件树模型的长江中游溢油风险研究

河流溢油事故会严重影响河流生态和供水安全,为了及时应对溢油事故,合理安排应急物资,有必要对溢油影响风险进行定量评估。本研究通过将数值模型和事件树模型相结合构建了河流溢油事故影响风险的评估方法,以长江中游为例,计算了溢油事故后油膜漂移距离的概率分布。结果表明在75%的概率下,事故发生后6 h内的油膜漂移距离小于42.7 km, 24 h内油膜漂移距离小于143.0 km。本研究构建的风险评估方法可为溢油应急方案设计和应急物资储备提供科学指导。     

南海深水区水下溢油三维可视化模拟系统研发与应用

针对南海油气田勘探开发溢油污染防治需求,开发了国内首套深水区水下溢油三维可视化模拟系统,由三维海流预报模型、深水溢油模型、三维可视化仿真系统和数据库组成。海流预报模型基于ROMS模式,通过考虑波致混合影响,并利用最优插值技术同化卫星测高资料和嵌套技术,保障了预报结果的准确性。深水溢油模型由羽流模型和对流扩散模型组成,考虑了卷吸、油气分离、溶解、水合物生成、漂移、扩散等复杂过程。系统能够预测深水区水下油气泄漏后行为和归宿过程,提供油、气、天然气水合物粒子的大小、分布、移动速度和漂移轨迹、扩散面积、水体溢油残存量、水面溢油量等三维可视化动态模拟结果。目前系统已经在油气田勘探开发中得到应用,为南海深水溢油应急提供了重要支撑。     

珠江口溢油数值模拟

对珠江口海域流场进行了数值模拟。考虑风场对海面溢油物理和化学过程的影响,建立了考虑油膜扩展的溢油漂移轨迹数学模型,并对珠江口海域“12.7”溢油事故进行了数值模拟,为较全面了解溢油事故给珠海海域环境带来污染的过程提供了科学依据。     

大亚湾芒洲岛海域移动溢油数值模拟研究

采用平面二维潮流、溢油数学模型,以大亚湾芒洲岛附近海域为例进行溢油事故模拟研究。重点将移动源和固定点源的模拟结果进行对比,可以得出,相同工况下,移动源在瞬时油污面积和扫海面积方面均远远大于固定点源,并且两者的比值,随时间的增加而逐渐减小,直到趋向一个稳定值。在乳化量方面,风是主要影响因素,而移动源和固定点源之间的差别不大。由于溢油点源离水产资源保护区比较近,溢油事故如果发生,油污可能在24 h之内进入保护区,造成污染。     

一个概化的潮汐河口羽状流动力学的初步研究

基于区域陆架海水动力-生态耦合模型(COHERENS)中的三维水动力模型,对一个概化的潮汐河口羽状流动力学进行了初步研究。在均一水深和无风的理想条件下,模拟得到了一个潮周期内概化的潮汐河口表层水体:a)羽状流流场和盐度场的平面分布;b)3种不同河流径流量作用下的羽状流流场和盐度场的平面分布;c)4种不同底床粗糙长度下的羽状流流场和盐度场的平面分布。结果分析表明:a)羽状流的长度在潮汐的作用下递增,而其最大宽度近似呈周期性的变化;b)羽状流的长度和最大宽度都随着河流径流量的增大而分别变长和变宽;c)羽状流的长度和最大宽度都随底床粗糙长度的增大而变小;d)无潮情况下羽状流的凸起明显并存在沿岸流,然而在有潮情况下凸起不明显且无沿岸流;e)水平扩散可能限制了沿岸羽状流的发展。     

化学消油剂乳化效果影响因素研究

化学消油剂在溢油事故处理中起到重要的作用,而其使用效果受到多方面因素的影响。本文分别从原油、消油剂的不同配比(DOR)与环境因素(海水温度、盐度)方面,对4种消油剂(A,B,C,D)的乳化效果进行分析。结果表明,B类消油剂的乳化性能最好;为达到30s乳化率>60%、10min乳化率>20%的消油剂乳化标准,B类消油剂25℃时最佳DOR范围在0.30～0.35之间,20℃时DOR为0.45,15℃时DOR为0.5以上。消油剂的乳化效果受温度影响较大,而受盐度影响较小。本文为消油剂在海洋溢油中的合理使用,提供理论依据和技术支持。     

海上溢油量评估方法研究综述

近年来,国内外海上溢油污染事故的频发,使得全社会对海洋污染的关注不断升温。海上溢油量是评价海上溢油事故威胁程度和确定溢油事故等级的重要指标,也是污染赔偿追责的重要依据,同时对于现场溢油应急处置和科学决策也有重要作用。本文总结分析了目前主要的4种海上溢油量初步评估方法,包括质量平衡法、工艺流程法、现场观测法和数值模拟法。不同溢油量估算方法适用的溢油源和溢油方式各有不同,估算的溢油量也不尽相同。实际应用中,通常根据具体情况选择多种方法进行溢油量综合评估。本文从实际应用出发,探讨几种可用的溢油量评估方法,并结合案例进行说明。     

Motion Analysis and Trials of the Deep Sea Hybrid Underwater Glider Petrel-II

A hybrid underwater glider Petrel-II has been developed and field tested. It is equipped with an active buoyancy unit and a compact propeller unit. Its working modes have been expanded to buoyancy driven gliding and propeller driven level-flight, which can make the glider work in strong currents, as well as many other complicated ocean environments. Its maximal gliding speed reaches 1 knot and the propelling speed is up to 3 knots. In this paper, a 3D dynamic model of Petrel-II is derived using linear momentum and angular momentum equations. According to the dynamic model, the spiral motion in the underwater space is simulated for the gliding mode. Similarly the cycle motion on water surface and the depth-keeping motion underwater are simulated for the level-flight mode. These simulations are important to the performance analysis and parameter optimization for the Petrel-II underwater glider. The simulation results show a good agreement with field trials.     

Wave Influence on Underwater Launch and Recovery System

In this paper,the underwater vehicle,sling and the mother ship are considered as a single de-gree of freedom system connected by a spring.Through the analysis of this system,a physical model is es-tablished,which describes the motion of the vehicle caused by the ship motion and wave motion.Furthermore,a mathematical model based on this physical model is obtained,and a numerical solutionprogram is made.As an example,a practical launch and recovery system for an underwater robot is calcu-lated by use of the program.and the motion track of the robot is obtained.