水下油管泄漏時(shí)油滴尺寸分布研究.pdf

1、近十年來，隨著海底油氣管道鋪設(shè)數(shù)量的不斷加大，海上油氣勘探和生產(chǎn)得到了顯著提高。但是，也面臨著海底油氣管道泄漏率增加的問題。海底溢油事故對(duì)海洋生物和沿海城市造成了嚴(yán)重的影響和危害，其產(chǎn)生的危害程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海面溢油帶來的危害。目前對(duì)于溢油的研究大多數(shù)局限于海面溢油，海底溢油則研究很少，對(duì)海底溢油的研究更多是針對(duì)大開口、大泄漏量的井噴，而微孔泄漏則少有涉及。本文主要對(duì)水下管道微孔泄漏時(shí)的油滴尺寸分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及理論研究，并對(duì)不同泄漏工況時(shí)

2、的羽流形態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，具體的工作如下:
　　1.在水箱內(nèi)進(jìn)行了水下油管微孔泄漏實(shí)驗(yàn)，對(duì)同一泄漏孔尺寸在不同泄漏量以及不同釋放方向的油滴尺寸進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明泄漏量對(duì)油滴的尺寸大小有較大的影響，油滴脫離泄漏孔主要受到自身表面張力的阻礙作用，油滴依靠浮力來抵消自身的表面張力，隨著泄漏量的增大，射流獲得更大的動(dòng)能，溢油在羽射流的初始動(dòng)能和油滴的表面能共同作用下破碎成大量的小油滴，油滴在水體中克服自身表面張力將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為表面能

3、，油滴的尺寸逐漸減小，油滴的表面積不斷增大獲得更多的表面能。隨著泄漏量的增大使得油滴獲得了更大的出流速度，在泄漏孔處形成強(qiáng)烈的紊流，油滴在紊流的作用下破碎成更多更小的油滴，當(dāng)紊流強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)油滴逐漸趨于霧化。
　　2.對(duì)泄漏量和泄漏孔徑對(duì)出流的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了水下油滴的受力狀況，驗(yàn)證了在低雷諾數(shù)情況下可以使用油滴尺寸估算公式，但此公式不適用于雷諾數(shù)較大的情況。實(shí)驗(yàn)對(duì)水下水平釋放的溢油羽射流形態(tài)進(jìn)行了研究并且與垂直

4、釋放對(duì)比，垂直釋放時(shí)，由于浮力與釋放方向相同，浮力對(duì)羽流運(yùn)動(dòng)起促進(jìn)作用，因此羽流的垂向運(yùn)動(dòng)更快。水平釋放時(shí)，浮力與初始動(dòng)量垂直。在浮力與初始動(dòng)量的共同作用時(shí)，羽流會(huì)逐漸向上彎曲，當(dāng)水平初始動(dòng)量消耗完后，羽流完全轉(zhuǎn)化為垂直上升運(yùn)動(dòng)，因此，羽流的垂向運(yùn)動(dòng)會(huì)更慢，羽流的截面寬度形成的也更快更寬。
　　3.采用最大熵方法，以油滴的質(zhì)量、能量守恒為約束方程，建立了預(yù)測(cè)油滴尺寸分布的理論模型，并采用數(shù)值技術(shù)對(duì)理論模型進(jìn)行了求解，理論預(yù)測(cè)結(jié)果與