基于POM模型的海上液体化学品溢漏的三维污染扩散预测

摘要

本文围绕液体化学品溢漏行为的数值模拟这一中心，从液体化学品的性质入手，对其溢漏后在各介质中的运动形式分类，给出各运动形式在不同情况下的输运模型。并在此基础上，以油及类油化学品、易溶保守液体化学品这两类目前频繁发生溢漏污染的化学品物质为研究对象，以渤海海域为依托，对这两类物质在水体中的输运进行了建模和分析。 海上溢油模型是以三维对流扩散方程为基本控制方程，采用马尔科夫随机理论建立溢油的扩散漂移轨迹，即通过Langevin方程追踪质点求得油膜的漂移扩散，在此基础上增加油膜扩散的随机数。本模型还系统的考虑了石油的风化问题和归宿问题，将挥发、乳化和卷吸概念引入到模型计算中。 另外，本文对于易溶保守液体化学品海上迁移的研究，主要是从数值优化求解污染物对流扩散方程这一角度来解决这一问题。 利用上述的基本原理和方法，在对渤海海域的水文地质资料进行较全面的收集和整理的基础上，建立了渤海海域水动力、海域溢油行为和归宿数学模型和易溶保守化学品的海上迁移模型。结果表明，模型的基本理论是正确的，建立方法是可靠的。

目录

文摘

英文文摘

大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明

第1章绪论

1.1海洋污染概述

1.2污染物对流扩散理论

1.2.1基本概念及方程介绍

1.2.2对流扩散方程

1.2.3求解对流扩散方程的途径

1.3研究现状

1.3.1三维水动力数学模型的研究

1.3.2海上溢油污染模型的研究

1.3.3海上散化污染模型的研究

1.4本文的主要工作

第2章液体化学品污染扩散运动形式的分类

2.1油和类油化学品

2.1.1扩散和水平弥散

2.1.2蒸发

2.1.3溶解

2.1.4沉淀

2.1.5乳化

2.2易溶保守化学品

2.3强挥发性化学品

2.3.1无风瞬时源

2.3.2无风连续源

2.3.3均匀紊流中的瞬时点源(恒风)

2.3.4恒风中的连续点源

2.4沉降型化学品

2.5综合型化学品

第3章三维潮流数学模型

3.1笛卡尔坐标系下三维数学模型基本方程

3.1.1海洋原始控制方程

3.1.2湍流闭合模型

3.2 σ坐标系下三维数学模型

3.2.1笛卡尔坐标系与σ坐标系的变换关系

3.2.2三维基本方程的转换

3.2.3二维基本方程的转换

3.3边界条件与初始条件

3.3.1边界条件

3.3.2初始条件

3.4三维数学模型的求解

3.4.1内外模式的衔接

3.4.2离散网格的空间布置

3.4.3稳定性分析

3.5动边界技术在pom模型中的应用

3.6计算流程图

第4章油及类油化学品输运数学模型

4.1油及类油化学品的海上迁移转化模型的研究现状

4.2基于对流扩散方程的油粒子追踪数学模式及数值解法

4.2.1数值方法

4.2.2污染物输运方程的变形

4.2.3 Langevin方程的确立

4.2.4海岸边界条件

4.3溢油性质的变化

4.3.1挥发

4.3.2溶解

4.3.3乳化

4.3.4密度变化

4.3.5表面张力的变化

4.3.6粘度变化

第5章易溶保守液体化学品的海上迁移模型

5.1易溶保守液体化学品海上迁移模型的研究现状

5.2基于对流扩散方程的易溶保守液体化学品的三维数值解法

5.2.1易溶保守液体化学品对流扩散方程的有限差分求解

5.2.2易溶保守液体化学品对流扩散方程的有限容积求解

第6章模型在渤海海域的应用

6.1渤海自然情况

6.1.1渤海的潮流性质

6.1.2渤海的潮余流

6.1.3渤海的环流

6.1.4黄、渤海之间的水体交换

6.2渤海海域的三维流场数值模型验证

6.3溢油预测验证及分析

6.3.1溢油模型验证

6.3.2总结分析

6.4易溶保守液体化学品溢漏扩散数值模型验证

6.4.1易溶保守液体化学品的数值方法改进

6.4.2利用Smolarkiewicz迎风格式模拟算例

6.4.3总结分析

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致 谢

研究生履历