海底双层输油管道泄漏扩散数值分析

建立了海底双层输油管道发生泄漏时的物理模型和数学模型.利用Fluent模拟软件,对海底双层输油管道泄漏过程进行二维数值模拟.结果表明:(1)垂直泄漏孔方向,压力逐渐升高,夹层压力传递过程中发生击波现象,击波范围逐渐减小.(2)对应泄漏孔壁面速度几乎为零,沿外壁面上速度最大.随着泄漏时间增加,速度逐渐减小.(3)泄漏最初夹层空间温度较高,泄漏孔压力越大,温度变化越快.     

LPG罐车泄漏爆炸事故验证及影响因素数值模拟

液化石油气（LPG）是常见的易燃易爆化学品,采用PHAST程序中的UDM模型验证数值模拟的可行性,以控制变量法研究同一泄漏孔径下温度、环境和泄漏口方向对事故后果的影响规律.结果表明,随着温度升高,LPG泄漏扩散距离变远、闪火影响区域扩大,但喷射火辐射量随之降低,特别是在150~200 m距离时衰减明显;表面粗糙度值越低,LPG泄漏扩散越远,爆炸冲击波传播的较远,但表面粗糙度对喷射火热辐射强度影响较小;泄漏口方向对事故的影响较大,泄漏口水平方向的泄漏距离最远,泄漏口方向垂直向下时,容易形成液池,泄漏口向上时,扩散距离以及闪火和喷射火的影响范围最小.      

风险评价技术在海底输油管道的应用

风险评价技术在输油管道上的应用已经十分广泛,其中W. Kent Muhlbauer提出的管道风险模型比较成熟的,W. Kent Muhlbauer风险模型中对于海底输油管道的危害因素、泄漏影响等也评价也做了详细的论述。本文详细介绍了W. Kent Muhlbauer海底输油管道风险模型,并以甬沪宁海底输油管道为例分析风险模型的实际应用。     

侧式进/出水口水流运动三维数值模拟

采用Realizable κ-ε双方程紊流模型对侧式进/出水口水流运动进行数值模拟，研究了体型对进／出水口水头损失和孔口附近流态的影响，指出了扩散段水平扩散角和整流段长度对水头损失和孔口流态的决定作用．最后给出进流工况自由水面随库水位变化情况．计算结果和试验结果基本吻合．     

海底沉积物层内CO2泄漏渗流与水合耦合规律研究

为了探讨CO2在海底沉积物层内的泄漏渗流与水合耦合规律,将Darcy定律与水合物生成动力学方程通过质量守恒方程耦合,构建了描述海底沉积物层多孔介质中CO2泄漏渗流与水合物生成相互影响的动态演化数学模型。采用数值模拟方法研究了不同温度下多孔介质体系中CO2水合物饱和度随时间和空间的变化规律,以及CO2水合物生成对海底沉积物层渗流特性参数的动态影响。结果表明:在海底沉积物层水合区的泄漏口处,CO2水合物生成较为迅速,15a内,由于CO2水合物的生成、生长和积聚,导致近泄漏口处渗透率减小近2个数量级,由初始值1.0×10-12 m2减小到6.5×10-14 m2,有效孔隙度由初始值0.3减小到0.209 5,降幅达30%,形成了超低渗透的CO2水合物盖层;海底沉积物层水合区的温度越低,CO2水合物的饱和度越低,使得更多的游离CO2渗流泄漏入远场,当沉积物层温度为281K左右时,远场处受泄漏影响最小,CO2的饱和度也最低。     

海底埋地管道启输计算模型的建立

目前的海底埋地输油管道启输计算模型没有具体分析海水本身自然对流换热对管道启输的影响,启输计算模型能否应用于海底埋地输油管道启输计算需要实际投产来验证.因此急需研究海底输油管道预热计算模型满足海上油田开发的需求.对海底埋地输油管道进行了传热分析,建立了海底埋地输油管道三维物理模型,分析了海水本身自然对流换热对管道启输的影响情况.通过处理物理模型将管道启输传热模型简化为一维圆环传热模型,并进行了模拟计算和试验验证.模拟计算和实验研究对比表明:①当海水底流流速小于1.5m/s时,在此区域内海水自然对流换热对海底输油管道传热影响可以忽略不计.②海底输油管道正常矩形散热区域转换为圆环区域后其散热量基本不变,可见海底输油管道转化为一维模型是可行的.③在验证稳定状态沿程温降的过程中,发现各个测温点的绝对误差不超过0.1℃,说明该启输计算方法具有很高的置信度.     

泄洪隧洞急流弯道水力特性

由于泄洪隧洞明流弯道流速大、弗劳德数高、流态复杂,因此极少在工程中应用,相关水力特性研究也较少。本文采用物理模型试验方法,对城门型泄洪洞急流弯道及其下游水流进行了观测。试验结果表明：弯道内水流具有轴向前行与由凸岸流向凹岸的横向运动,由此产生凸岸水面逐渐降低、凹岸水面逐渐爬高的发展趋势;凹岸水流超过隧洞直墙的部分紧贴洞顶继续沿轴向前行,同时其横向运动方向演变为由凹岸指向凸岸;洞顶贴壁水流跃过洞顶最高点后,沿着凸岸直墙下滑,形成瀑布;水流在弯道内呈现出环状状态,在下游平直隧洞内逐渐演变为表面起伏波动的水流。根据试验结果,建立了凹岸水流冲击拱顶初始位置及第一波峰冲击拱顶范围的预测经验公式,为泄洪隧洞弯道段设计提供参考。     

液化天然气泄漏扩散数值模拟

针对液化天然气水面泄漏蒸发产生的低温天然气扩散问题,基于Monin-Obukhov相似理论,使用FLUENT软件,模拟Coyote系列实验3、5.计算结果与实验结果、SLAB和DE-GADIS模型模拟结果比较表明,使用FLUENT软件模拟结果更接近实验数值.同时,通过设定FLUENT软件中壁面的热传导速率和液化天然气的蒸发速率,模拟液化天然气在水面和地面泄漏和扩散过程,结果表明,液化天然气水面泄漏扩散时水面最大体积分数高于地面泄漏扩散情况.     

泄漏原油沿河岸滞留行为

为研究输油管道泄漏事故发生后,河面漂浮原油在河岸的滞留行为与影响因素,通过河流动态模拟试验,设置流速、岸型、植被种类及覆盖量等变量,研究不同工况下河岸砂土吸附量与总滞留量的变化规律。结果表明:河岸砂土的吸附量及滞留量会随水面流速增大而增大;柔性植物河岸相对于刚性植物河岸与无植物河岸更易滞留原油,滞留量约为刚性植物河岸的2.87~6.19倍,无植物河岸的4.37~10.01倍;植被覆盖量增大会使河岸滞留量增大,但会减小刚性植物河岸吸附量,增加柔性植物河岸吸附量;岸型不同会导致水流状态不同,对原油登陆河岸会有较特殊的作用。     

基于欧拉-拉格朗日方法的水下气体泄漏扩散行为研究

针对水下气体泄漏扩散问题,基于计算流体动力学(CFD)理论采用流体体积模型(VOF)与离散相模型(DPM)耦合的方法,对气体在水中的扩散过程进行模拟与分析,水和空气作为连续相,泄漏气体作为离散相,离散相粒子与水下气泡具有相同的物理性质,其密度变化服从理想气体状态方程。基于建立的数值模型,研究水下气体羽流的形成和发展过程以及在水面形成的涌流效应,评估气体上浮时间、水面气池尺寸和涌流高度等参数。研究表明:泄漏气体以喷射状涌入水中,上升过程中体积逐渐膨胀增大,运动至水面时形成倒立的锥形羽流结构;气体带动表层水运动,引起羽流两侧表层水回流,在水面产生涌流效应和圆形的气池;涌流高度逐渐增大后呈小幅波动状发展,气池半径逐渐增大后稳定。仿真结果与小尺度实验数据对比验证了数值模型的可行性。     

厂区天然气泄漏扩散的数值模拟研究

根据危险性气体空间泄漏扩散的特点,对厂区天然气等危险性轻质气体泄漏扩散运动进行了数值模拟,着重研究了大气风向风速、泄漏射流方向和泄漏时间对危险性轻质气体(天然气)空间泄漏扩散浓度场和危险性区域的影响.其中大气主导风的风速对气体扩散浓度和扩散危险性区域有很大的影响,如等值线图模拟的条件下,在x方向上,风速v=0.5 m.s-1比v=5.0 m.s-1条件下危险性区域大155 m.     

基于Visual Modflow的重庆某工业园区地下水污染物运移模拟

【目的】预测重庆市江津区某工业园地下水污染情况,模拟主要污染物在地下水中的运移过程和分布特征。【方法】通过对研究区进行水文地质调查和查阅文献资料得到相关参数,利用Visual Modflow数值模拟软件建立地下水流概念模型,以化学需氧量(COD)和氨氮质量浓度做为污染物运移模拟研究的主要指标,对污水处理站发生泄漏后进入地下水中的主要污染物进行溶质运移模拟。【结果】在非正常状况下,污水处理站地下排污管道破裂导致废水持续下渗,污染羽沿水流方向扩散,COD和氨氮质量浓度在此过程中缓慢增加,第7300天时污染物影响范围和迁移距离达到最大,向东南方向迁移最远距离均达到808m。【结论】模拟结果显示第7300天时污染物影响范围已超出园区并进入长江,为防止污染物对当地生态环境造成威胁,需及时发现问题并采取控制措施。     

输气管道泄漏流场特性分析

输气管道泄漏流场特性对输气管道泄漏检测与定位研究具有重要的意义。根据实际流速和管内压力,建立了圆口泄漏和缝隙泄漏的计算流体动力学模型。在此基础上,研究了不同泄露口的泄漏速率与管内压力的关系以及泄露口形状对泄漏口附近流场的影响,并进行了实验验证。结果表明:泄漏速率和管内压力呈线性关系,圆形泄漏口的口径越大,泄漏速率越高;而矩形泄漏口的泄漏速率明显高于圆形泄漏口,泄漏口方位对泄漏速率的影响不大;在泄漏口附近压力和速度梯度均比较大,但泄漏口对管内气流的影响范围比较小;仿真结果与实验结果具有良好的一致性,说明基于计算流体动力学模型的方法研究气体管道泄漏流场特性是可行的。     

基于FLUENT的含硫天然气泄漏数值模拟研究

为了研究天然气输送管道发生泄漏后气体的扩散规律,以长庆油田第五采气厂输送管道为研究对象,利用FLUENT软件进行数值计算。根据现场的实际情况,建立了数值模拟的物理模型,设置合理的边界条件,得到了不同风速下天然气扩散规律。结果表明:在静风条件下,气体的浓度和速度分布基本上呈对称分布。在风力的作用下,气体的浓度场向下风向发生了明显的偏斜,当风速为3 m/s时,喷射气流大约在泄漏口上方50 m处发生偏斜,当风速为5 m/s时,喷射气流大约在泄漏口上方35 m处发生偏斜,当风速为10 m/s时,喷射气流大约在泄漏口上方15 m处发生偏斜,而且随着风速的增大,射流偏离竖直方向角度也增大。同时风速越大,硫化氢对人体有危害的面积越小。     

基于Fluent的海底输油管道停输温降数值模拟

随着海上油田的大量开发,对海底输油管道停输过程传热问题的研究迫在眉睫。加热输送的原油管道在运行过程中,不可避免地会遭遇油田停电和管线维修等意外,造成停输。这时油管内原油的黏度随油温下降而升高。当油温降到一定值后,会给管道的再启动带来极大的困难,甚至造成凝管事故。为避免凝管事故发生,需要准确预测海底管道管内原油的温降情况及安全停输时间,分析影响停输时间的因素。利用Fluent软件对海底输油管道停输温降进行数值模拟。计算结果表明,保温层厚度和海水温度对停输时间影响非常明显。模拟结果可指导生产实践。     

站间输油管道内部受力简化模型

根据流体力学基本方程,建立了输油管道内部受力计算模型,进行了实际工程计算。同时结合FLUENT数值分析结果,对比了静压、动压和内壁切应力对管道内部受力的影响大小,给出了修正的站间水平输油管道静压计算公式。研究表明:水平输油管道动压、内壁切应力对管道影响不大,对站间输油管道进行内部受力分析时应以静压为主;站间输油管道静压值与管长、弯头相关,不同位置处的静压值应根据石油出站压力进行一定折减。     

H原子通过碳纳米管的分子动力学模拟

利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了氢原子在单壁碳纳米管中的运动.对温度为10K时,初始入射动能分别为1,5,10,15,20,30eV的H原子以不同的入射角度进入碳纳米管进行模拟,观察了氢原子与碳纳米管的吸附情况及在碳纳米管中的运动,并讨论了不同入射能量和入射角度对氢原子在碳纳米管中吸附的影响.结果表明,在能量为20eV时H原子能够很好的吸附在碳纳米管管壁上.     

基于Visual Modflow的重庆某工业园区地下水污染物运移模拟

【目的】预测重庆市江津区某工业园地下水污染情况,模拟主要污染物在地下水中的运移过程和分布特征。【方法】通过对研究区进行水文地质调查和查阅文献资料得到相关参数,利用Visual Modflow数值模拟软件建立地下水流概念模型,以化学需氧量(COD)和氨氮质量浓度做为污染物运移模拟研究的主要指标,对污水处理站发生泄漏后进入地下水中的主要污染物进行溶质运移模拟。【结果】在非正常状况下,污水处理站地下排污管道破裂导致废水持续下渗,污染羽沿水流方向扩散,COD和氨氮质量浓度在此过程中缓慢增加,第7300天时污染物影响范围和迁移距离达到最大,向东南方向迁移最远距离均达到808m。【结论】模拟结果显示第7300天时污染物影响范围已超出园区并进入长江,为防止污染物对当地生态环境造成威胁,需及时发现问题并采取控制措施。
     

多因素耦合下深水钢管桩偏位简化计算方法

栈桥深水钢管桩属柔性、缺陷敏感结构，而目前尚无综合考虑几何初始缺陷、施工荷载和水流荷载耦合作用下桩顶偏位的简化计算方法，较难考虑深水钢管桩的非线性效应从而带来安全隐患。将水流荷载简化为倒三角分布荷载，分别采用水面以下、以上钢管桩的弹性稳定平衡微分方程，在考虑几何非线性的条件下推导出钢管桩偏位理论计算公式。在此基础上,选取不同长度钢管桩为研究对象，探究几何初始缺陷、几何非线性对钢管桩偏位的影响规律，并通过理论推导对偏位理论公式进行简化，以便于工程实际应用。分析结果表明,倒三角水流荷载简化模型在考虑几何非线性时的计算结果与不考虑几何非线性时结果相差较大,更符合柔性结构受水流荷载作用特点，为钢栈桥使用过程中考虑水流荷载影响及钢管桩桩顶侧移控制提供了方法支撑和切实可行的技术手段。     

加长型环形水槽水流特性的数值模拟

由直槽及半环形水槽组成的加长型环形水槽被用来研究水流的三维水力特性。水流由位于水面的运动固体盖拖曳而产生运动。采用ADV测速仪对水流动力学特性进行物理观测，并采用美国Fluent公司的标准化CFD计算软件对水流进行了三维数值模拟。研究表明，在弯段有明显的二次流，水槽外侧流速大于内侧，且由于对流作用，弯段下游的直段水槽内水流也呈类似分布，但随着流程的增加，流速沿横向分布趋于均匀，与单一环形水槽相比，加长型环形水槽由于直段内水流结构相对简单，可以更好地用于泥沙动力学研究。