一种气动溢油屏障的设计方法技术

本发明专利技术公开了溢油处置技术领域，具体涉及一种气动溢油屏障的设计方法，为气动屏障阻隔和富集油污的优化设计提供模型支持，从而提高其综合性能和减小能耗，同时降低研发的高成本投入和缩短周期，有利于减小溢油对海洋环境的污染。包括：a、考虑气动屏障中气泡的聚并和破裂、湍流对气泡的影响以及气动屏障与大气、油和水的相互作用，构建气动屏障、大气、油、水四相耦合的CFD模型；b、进行三维建模，求解构建的气动屏障、大气、油、水四相耦合的CFD模型，获取求解结果；c、用气动溢油屏障的物理实验对求解结果进行验证。本发明专利技术构建的气动屏障、大气、油、水四相耦合的CFD模型计算准确、快速、稳定，便于开展数值试验，对气动溢油屏障进行优化设计。

A design method of pneumatic oil spill barrier

【技术实现步骤摘要】
一种气动溢油屏障的设计方法
本专利技术属于溢油处置
，具体涉及一种气动溢油屏障的设计方法。
技术介绍
海上溢油是油气开采、运输和储存过程中的一大挑战和风险。一种有效通用的应急措施是布放围油栏来围控油污，但当处于高海况或者拖航速度过快时，可能导致围油栏失效。采用面源的气动屏障(气幕/气泡帘)和围油栏联用，能够有效地提高对油污的围控效率。在相对平静的水域中，气动屏障还可以单独使用，具有不影响通航的优点。尽管专利公开了气动溢油屏障的装置结构(比如中国专利CN104652388B利用气幕围油的方法和装置)，但没有给出定量化的气动溢油屏障的动力学特性。然而对于设计性能高，能耗小的气动溢油屏障，流体力学信息至关重要。物理实验往往成本高、周期长，且很难得到全面的数据。因此迫切需要一种能准确、快速、稳定计算去设计气动溢油屏障的数值模拟方法。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种气动溢油屏障的设计方法，为气动屏障阻隔和富集油污的优化设计提供模型支持，从而提高其综合性能和减小能耗，同时降低研发的高成本投入和缩短周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动溢油屏障的设计方法，其特征是，包括：/na、考虑气动屏障中气泡的聚并和破裂、湍流对气泡的影响以及气动屏障与大气、油和水的相互作用，构建气动屏障、大气、油、水四相耦合的CFD模型；/nb、进行三维建模，求解构建的气动屏障、大气、油、水四相耦合的CFD模型，获取求解结果；/nc、用气动溢油屏障的物理实验对求解结果进行验证。/n

【技术特征摘要】
1.一种气动溢油屏障的设计方法，其特征是，包括：
a、考虑气动屏障中气泡的聚并和破裂、湍流对气泡的影响以及气动屏障与大气、油和水的相互作用，构建气动屏障、大气、油、水四相耦合的CFD模型；
b、进行三维建模，求解构建的气动屏障、大气、油、水四相耦合的CFD模型，获取求解结果；
c、用气动溢油屏障的物理实验对求解结果进行验证。


2.根据权利要求1所述的气动溢油屏障的设计方法，其特征是，在所述步骤a中，大气、油、水三个连续相的瞬变流动在欧拉坐标系下采用VOF模型描述，求解大气、油、水三相的体积分数连续性方程和混合相的动量方程，并追踪三相间的界面，采用考虑了自由液面对湍流阻尼的k-epsilon湍流模型闭合。


3.根据权利要求1所述的气动溢油屏障的设计方法，其特征是，在所述步骤a中，气动屏障中的气泡采用拉格朗日坐标系下的力平衡方程和运动方程求解。


4.根据权利要求1所述的气动溢油屏障的设计方法，其特征是，所述气泡受到水施加的拖曳力和虚拟质量力，并反馈到混合相的动量方程中，其中，拖曳力系数由Tomiyama模型获得；所述气泡受液相湍流的影响以湍扩散力体现。


5.根据权利要求1所述的气动溢油屏障的设计方法，其特征是，当水深较浅时，所述气泡的密度变化可忽略不计；当水深较深时，所述气泡的密度变化符合理想气体状态方程。

【专利技术属性】
技术研发人员：潘青青，向宏，伍骏，赵宁，
申请(专利权)人：国家海洋环境预报中心，中交广州航道局有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11