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原文传递油船水下破舱油品泄漏动力学机理及特性研究

论文题名：	油船水下破舱油品泄漏动力学机理及特性研究
关键词：	油船;水下破舱事故;油品泄漏过程;流体动力学
摘要：	本文主要针对油船水下破舱油品泄漏行为，应用粘性流体动力学理论并采用理论分析、物理模型试验与数值模拟等方法探索了油品泄漏过程中若干流体力学关键问题，获取了油船水下破舱油品泄漏动力学机理以及破孔特征、油品特征及船舶特征对油品水下泄漏过程的影响规律。　　一、针对油船水下破舱油品泄漏过程，探讨了应用粘性流体动力学理论解决该科学问题的可行性，并应用不可压缩流体的连续性方程、N-S方程与能量方程来解决油品泄漏的粘性流动现象，为本文采用模型试验、数值模拟及机理分析研究打下理论基础。　　二、根据泄漏过程分析的研究目标构建试验模型、确定油品试样及设计模型试验装置，完成了单壳与双壳油船在不同泄漏情境下的缩尺模型试验。模型试验考虑了油品特征、破孔特征以及船舶特征对泄漏的影响，并采用针对粘性流体的伯努利方程的理论分析方法验证试验数据的有效性。　　三、针对泄漏过程中油品、海水与空气的多相流动，采用VOF方法建立了三维数值模型，实现了单、双壳体油船水下破舱油品泄漏过程的数值模拟，分析了油品泄漏过程的流场特征。采用多种泄漏情境的模型试验数据验证了数值模拟计算结果的可靠性，并证实了该数值方法的可行性及优势。　　四、开展了油船水下破舱油品泄漏动力学机理分析。分析了油船水下破舱油品泄漏过程的流态特征，确定实际泄漏情境中影响泄漏的主要因素及作用形式。根据不同的泄漏动力因素提出分阶段分析方法，为油品泄漏过程的多种效应分析建立方法学基础。　　五、选取油船水下破舱的破孔高度及直径来表征破孔特征，并分析了泄漏过程的破孔特征效应。分别以破孔高度与孔径为单一变量开展了对照组模型试验。并分阶段分析了破孔高度及孔径对泄漏量与泄漏持续时间的影响规律，针对泄漏量与泄漏持续时间等泄漏特征参数采取无量纲化处理，分析了不同泄漏阶段中影响泄漏的因素及作用强度。　　六、以不同粘度的油品为研究对象，深入分析了泄漏过程的流体粘性效应。选择油品粘度为单一变量开展了对比试验，获取了油品粘性在泄漏过程的不同阶段影响泄漏量与泄漏持续时间等特征参数的规律，并通过分阶段分析来揭示油品粘度效应在泄漏过程中的作用机制。　　七、将双壳油船内外壳板破损的时间差因素视作双层底的初始水层，开展初始水层厚度对泄漏过程的影响研究。设计不同的初始水层厚度开展试验，并通过针对不同初始水层厚度下的油品泄漏量与入海量的比较获取初始水层效应的具体规律。通过参数的无量纲化处理及分阶段分析，获取了双层底初始水层效应的内在机理。　　本文系统地建立了油船水下破舱油品泄漏动力学理论体系，并为全面认识油船水下破舱油品泄漏事故规律开展了必要探索。
作者：	卢金树
专业：	轮机工程
导师：	吴宛青
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文