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围油栏在多种海况下拦油效果及形状优化的数值模拟

魏芳  
【摘要】:围油栏是在处理海上溢油事故中一种常用的,且行之有效的设备。但是由于受风、波浪和水流等因素的影响,经常会导致所拦截的油从围油栏栏下流走,从而发生拦油失效。本文使用商用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)软件FLUENT下的VOF(Volume of Fluid)方法,模拟计算了传统单体实心围油栏的拦油失效过程,取得较合理、有效的计算结果,然后在此基础上对其形状进行优化(这里主要是对围油栏的裙体进行优化),共得到18种不同类型的围油栏。在计算条件相同的情况下,对这些优化的围油栏进行了数值模拟计算,并对结果进行了比较以及受压和受力情况的分析,说明其自身形状对拦油效果的影响。 双体围油栏是现在较常用的一种形式,但其栏间距是影响拦油效果的一重要因素,于是本文针对双体围油栏栏间距该做何种取值做了进一步的研究。在前人得出的栏间距为8.0~10.0倍栏深的基础上,通过两种不同粘度的油的比较,来研究在油粘度不同的基础上,栏间距对拦油效果的影响。另外一种是保持栏间距不变,而是改变双体围油栏的组成结构,来研究其拦油效果。 现在人们对于围油栏拦油失效的数值模拟主要是基于两相流,即油一水。但实际海面上还有风浪等因素的影响,于是本文最后一部分对空气—油—水三相同时存在的情况进行了模拟计算。先是用C语言编写一正弦波程序,通过用户自定义(User-Defined,简称UDF)导入FLUENT中,以产生一正弦波,然后数值模拟波浪作用下,围油栏拦油失效过程。 本文主要目的是期望利用数值模拟的方法,为围油栏拦油技术的改进和性能优化提供一些合理、可靠的数据参考和改进方法。


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