油船水下破艙油品泄漏動(dòng)力學(xué)機(jī)理及特性研究.pdf

1、本文主要針對(duì)油船水下破艙油品泄漏行為，應(yīng)用粘性流體動(dòng)力學(xué)理論并采用理論分析、物理模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬等方法探索了油品泄漏過(guò)程中若干流體力學(xué)關(guān)鍵問(wèn)題，獲取了油船水下破艙油品泄漏動(dòng)力學(xué)機(jī)理以及破孔特征、油品特征及船舶特征對(duì)油品水下泄漏過(guò)程的影響規(guī)律。
　　一、針對(duì)油船水下破艙油品泄漏過(guò)程，探討了應(yīng)用粘性流體動(dòng)力學(xué)理論解決該科學(xué)問(wèn)題的可行性，并應(yīng)用不可壓縮流體的連續(xù)性方程、N-S方程與能量方程來(lái)解決油品泄漏的粘性流動(dòng)現(xiàn)象，為本文采用模型試

2、驗(yàn)、數(shù)值模擬及機(jī)理分析研究打下理論基礎(chǔ)。
　　二、根據(jù)泄漏過(guò)程分析的研究目標(biāo)構(gòu)建試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、確定油品試樣及設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)裝置，完成了單殼與雙殼油船在不同泄漏情境下的縮尺模型試驗(yàn)。模型試驗(yàn)考慮了油品特征、破孔特征以及船舶特征對(duì)泄漏的影響，并采用針對(duì)粘性流體的伯努利方程的理論分析方法驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。
　　三、針對(duì)泄漏過(guò)程中油品、海水與空氣的多相流動(dòng)，采用VOF方法建立了三維數(shù)值模型，實(shí)現(xiàn)了單、雙殼體油船水下破艙油品泄漏過(guò)程的數(shù)

3、值模擬，分析了油品泄漏過(guò)程的流場(chǎng)特征。采用多種泄漏情境的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的可靠性，并證實(shí)了該數(shù)值方法的可行性及優(yōu)勢(shì)。
　　四、開展了油船水下破艙油品泄漏動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析。分析了油船水下破艙油品泄漏過(guò)程的流態(tài)特征，確定實(shí)際泄漏情境中影響泄漏的主要因素及作用形式。根據(jù)不同的泄漏動(dòng)力因素提出分階段分析方法，為油品泄漏過(guò)程的多種效應(yīng)分析建立方法學(xué)基礎(chǔ)。
　　五、選取油船水下破艙的破孔高度及直徑來(lái)表征破孔特征，并分析了

4、泄漏過(guò)程的破孔特征效應(yīng)。分別以破孔高度與孔徑為單一變量開展了對(duì)照組模型試驗(yàn)。并分階段分析了破孔高度及孔徑對(duì)泄漏量與泄漏持續(xù)時(shí)間的影響規(guī)律，針對(duì)泄漏量與泄漏持續(xù)時(shí)間等泄漏特征參數(shù)采取無(wú)量綱化處理，分析了不同泄漏階段中影響泄漏的因素及作用強(qiáng)度。
　　六、以不同粘度的油品為研究對(duì)象，深入分析了泄漏過(guò)程的流體粘性效應(yīng)。選擇油品粘度為單一變量開展了對(duì)比試驗(yàn)，獲取了油品粘性在泄漏過(guò)程的不同階段影響泄漏量與泄漏持續(xù)時(shí)間等特征參數(shù)的規(guī)律，并通過(guò)分

5、階段分析來(lái)揭示油品粘度效應(yīng)在泄漏過(guò)程中的作用機(jī)制。
　　七、將雙殼油船內(nèi)外殼板破損的時(shí)間差因素視作雙層底的初始水層，開展初始水層厚度對(duì)泄漏過(guò)程的影響研究。設(shè)計(jì)不同的初始水層厚度開展試驗(yàn)，并通過(guò)針對(duì)不同初始水層厚度下的油品泄漏量與入海量的比較獲取初始水層效應(yīng)的具體規(guī)律。通過(guò)參數(shù)的無(wú)量綱化處理及分階段分析，獲取了雙層底初始水層效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理。
　　本文系統(tǒng)地建立了油船水下破艙油品泄漏動(dòng)力學(xué)理論體系，并為全面認(rèn)識(shí)油船水下破艙油品泄