海底管线微孔泄漏油滴尺寸与上升速度研究

摘要

石油是人们生产、生活中不可缺少的能源，由于陆上资源的日渐枯竭，海洋石油资源的开发利用就变得越来越重要。随着海上油气田的开发和工业技术的发展，海底管道在石油/气生产运输全过程中发挥着不可替代的重要作用。但同时在这一过程中也不可避免的伴随着海底管道损坏破裂和水下石油泄露的危险。水下石油泄漏不仅浪费资源，同时还对海洋环境造成严重危害。为减小溢油的影响，有必要对水下溢油形成过程和上浮过程进行研究。 近20年来，人们发展了50多种模型来预测溢油的行为与归宿，基本上都是针对海面溢油的情况，而针对水下溢油的研究成果非常少。前人对水下溢出气泡的研究较多。本文把气泡形成的两阶段理论应用于油滴的形成，同时在动力学平衡关系和合理的假设情况下，利用一定的半经验和半理论的公式，提出了油滴成长过程的两阶段模型。该模型考虑了油自身的特性，包括油的密度、表面张力和动力粘度系数等，同时分析了这些因素对油滴两个不同阶段直径的影响。针对射流形成的特点，在油滴膨胀阶段理论的基础上提出了计算临界流量的新方法，并对影响临界流量的要素进行了分析。 根据静水中油滴输移扩散过程的受力特点，在动力学平衡关系和合理的假设情况下，利用一定的半经验和半理论的公式，建立了小油滴上浮过程的模型。在该模型的基础上，对油滴上升过程中进行了分析，并得到了小油滴定值速度的计算方法。同时介绍了中间尺寸范围和大尺寸范围内油滴定值速度的计算方法。 利用CCD作为工具，在水槽中模拟静止海水中海底管线微孔处连续泄漏出单个油滴和气泡的形成过程和上浮过程，得到气泡和油滴的直径与上升定值速度的实验值。对比实验值与计算值，吻合较好。同时研究了影响气泡/油滴直径和上浮速度的因素，为今后改进水下溢油模型打下基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文背景及研究意义

1.2本领域研究现状

1.2.1水下溢出气泡成长模型

1.2.2影响气泡成长过程的因素

1.2.3气泡和油滴上浮的定值速度计算

1.2.4影响气泡上浮速度的因素

1.3论文工作的主要内容

2水下单一孔口处油滴的形成

2.1单油滴在孔口处的受力分析

2.2仅考虑浮力和表面张力的情况

2.3浮力，动量力，阻力，表面张力和惯性力并存的情况

2.3.1油滴形成的阶段分析

2.3.2膨胀阶段的分析

2.3.3膨胀阶段结束后，影响油滴尺寸的因素

2.3.4油滴的脱离及上升

2.3.5脱离阶段，影响油滴尺寸的因素

2.4因表面张力和阻力引起的能量损失

2.5射流临界流量的计算方法

2.5.1射流简介

2.5.2射流临界流量的能量损失法

2.5.3射流临界流量的新法

2.6气泡对比计算

2.7小结

3水下单一孔口处油滴上升过程分析

3.1油滴上升过程的受力情况

3.2油滴上升定值速度的其他方法

3.3小结

4水下单一孔口形成的气泡/油滴实验研究

4.1图象处理的基本知识

4.1.1图像与数字图像

4.1.2图像数字化及存储

4.1.3图像的二值化和阀值处理

4.1.4图像的边缘检测概述

4.1.5目标物体的轮廓提取

4.1.6二值图像的测量

4.2水下单一孔口形成的气泡/油滴实验

4.2.1实验目的

4.2.2实验装置

4.2.3实验材料与步骤

4.2.4实验组次

4.2.5实验图片的批处理

4.2.6实验现象及结果分析

4.3小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢