新型动态斜面式撇油器流场数值模拟与结构优化研究

摘要

溢油污染治理是海洋环境保护的重要课题,机械回收技术一方面可以有效清除海上溢油,另一方面还可以回收石油资源,回收溢油的过程基本不会造成二次污染,因此是目前理想的溢油治理手段。而目前机械溢油回收技术的发展仍不够成熟,开发出的产品大多存在回收效率低、结构复杂、适用环境有限等不足之处,无法满足人们对溢油回收提出的要求。
　　 本文在概括总结国内外各种溢油回收技术的工作机理和特点的基础上,通过对比分析,确定以目前应用较为广泛的动态斜面式撇油器作为本论文的研究对象,综合运用多种溢油回收技术,对其进行优化以期得到更好的溢油回收效果。为此,本文主要开展了以下主要工作:
　　 1、提出了“双重拖带”的概念。即表层传送带的拖带作用和底层水流的拖带作用,前者用一个驱动轮来实现,而后者则是通过集油箱内置的水泵连续不断地抽排海水以形成负压来实现水流的快速流动进而拖动上层溢油的流动。结合N-S方程,对“双重拖带”的作用机理进行了数值模拟,模拟结果表明:“双重拖带”比传统的拖带作用收油效果更好,而且适用的溢油粘度范围也更加广泛。
　　 2、为了保证溢油回收的效率,本文应用CAD与CFD相结合的方法来对撇油器内部结构进行了优化设计。以驱动轮的半径为优化对象,以不同的驱动轮半径为参数建立了多个新型撇油器的CAD三维几何模型。利用Fluent软件对各模型进行仿真分析,以单相水为流体,得到了各模型的速度矢量分布图。
　　 3、运用层次分析和模糊评判相结合的方法,以流场中y轴正向平均速度、y向速度标准差以及y轴正向速度趋势为评价指标,对上述Fluent仿真结果进行综合评判,得到最优设计模型下驱动轮半径的值。