波流作用下固体浮子式围油栏运动响应及拦油失效研究

摘要

海上溢油会对海洋生态环境造成极大危害。围油栏是一种能够有效地防止溢油扩散、缩小溢油面积、配合回收的简易而有效的工具。由于海洋波、流环境复杂，针对不同海况选择围油栏型号时，预先估算围油栏在波、流作用下的运动响应及拦油机理十分必要。本文通过物理实验以及基于FLOW-3D数值仿真平台对固体浮子式围油栏在波流共同作用下的运动响应与拦油机理进行探索。
　　通过水槽实验，研究不同结构参数和特性的围油栏对波、流条件的运动响应，分析围油栏的最小吃水及最小干舷高度与围油栏设计、波流要素间的关系；以及围油栏的上下升迁、浮子转动与围油栏设计、波流要素间的关系。针对中粘度油品，研究围油栏的夹带失效、油层流失失效与围油栏设计、波流要素间的关系；以及油层厚度与水流流速间的关系。
　　在前人的基础上建立了FLOW-3D二维数值波流水槽，并对波流水槽进行了验证。基于该二维数值波流水槽，对刚性围油栏的运动响应与拦油机理进行模拟，并与物理实验结果进行对比，验证该数值模型的可靠性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 围油栏国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第2章 波流作用下固体浮子式围油栏运动响应及其拦油机理实验研究

2.1 围油栏试验装置及模型

2.1.1 围油栏试验装置

2.1.2 围油栏试验模型

2.2 试验条件及组次

2.3 波流作用下固体浮子式围油栏运动响应

2.3.1 最小吃水深度

2.3.2 最小干舷高度分析

2.3.3 围油栏的运动特性

2.4 围油栏拦油机理试验研究

2.4.1 实验方案及步骤

2.4.2 围油栏浮重比对拦油失效的影响

2.4.3 围油栏裙体高度对拦油失效的影响

2.4.4 初始投油体积对拦油失效的影响

2.4.5 波浪对拦油失效的影响

2.4.6 水流流速对油层厚度的影响

2.5 本章小结

第3章 基于FLOW-3D的围油栏运动响应及其拦油机理的数值模拟研究

3.1 FLOW-3D软件简介

3.2 数值水槽的数学模型

3.2.1 控制方程

3.2.2 紊流模型

3.2.3 边界条件与初始条件

3.2.4 处理复杂几何图形的favor方法

3.2.5 自由表面追踪的VOF法

3.2.6 FLOW-3D中的GMO模型

3.2.7 孔隙介质模型

3.2.8 漂移流模型

3.2.9 控制方程的离散与求解

3.3 FLOW-3D二维数值水槽的创建及应用

3.3.1 数值水槽的建立及网格划分

3.3.2 数值水槽的验证

3.4 围油栏运动效应数值模拟分析

3.4.1 与物模模型的对比

3.4.2 流场分析

3.5 围油栏拦油机理数值模拟分析

3.5.1 拦油数值模拟过程

3.5.2 拦油数值模拟分析

3.6 本章小结

第4章 结论与展望

4.1 结论

4.2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢