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波浪破碎过程对油滴垂直混合的作用研究

作　者: 孙宝楠
导　师: 杨永增
学　校: 国家海洋局第一海洋研究所
专　业: 物理海洋
关键词: 溢油分散油径谱 MASNUMN海浪模式波浪破碎
分类号: X145
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 32次
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内容摘要

海上溢油可以被多种过程所分散,其中波浪破碎是溢油入水的最直接最主要原因。油粒子在波浪破碎搅拌作用下以微滴的形式进入水体内部,以便于油水进一步混合,同时入水油滴在浮力的作用下可浮出水面。当油雷诺数很大时,湍流脉动压力是使油滴破碎的机制,当雷诺数很小时,粘性剪切代替湍流压力成为油滴破碎的主要机制。所以油滴形成、粒径分布和动力学过程的定量表达是本文研究的中心问题。本文基于Yuan et al.(2009)破碎波统计量的理论模型,利用量纲分析和相似性定理,导出单位海表单位时间油滴的卷入体积公式,在此基础上,建立了波浪破碎形成的油滴总数与油滴半径、表面张力的关系,湍流能量耗散率间的关系。最终导得随油径变化的油径数目函数N的理论表达式,与观测结果符合较好。本文改进了Tkalich and Chan(2002)的油滴动力模型,利用破碎参数(破碎能量损耗率和卷入深度)统计形式更符合实际海况。最后,本文采用球坐标系下MASNUM海浪模式,波浪破碎统计模型以及改进了的T&C(2002)油滴动力模型对渤海曹妃甸海域2006年的溢油事故进行了模拟实验,探讨了影响海表残油量分数和水体中油滴卷入量分数的主要因素,并用Envisat ASAR观测数据对模型进行了验证,得到了令人满意的结果。本项研究将理论研究和实际工作结合起来,可在海洋溢油的应急响应和评估中起到一定的指导作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
第1章绪论  7-21
  1.1 选题意义  7-8
  1.2 国内外研究进展  8-19
  1.3 本文工作及创新点  19
  1.4 论文结构  19-21
第2章破碎波对溢油影响所需海浪数值模式  21-33
  2.1 球坐标系下MASNUM 海浪数值模式  21-27
  2.2 MASNUM 波浪破碎模型概述  27-33
    2.2.1 波浪破碎模型的建立  27-28
    2.2.2 破碎海浪统计量  28-33
第3章油滴在破碎波作用下的混合过程与分布  33-61
  3.1 溢油分散过程数值模型  33-39
    3.1.1 入水过程模型  34-36
    3.1.2 上浮过程模型  36-38
    3.1.3 油滴动力方程  38-39
  3.2 溢油蒸发模型  39-50
    3.2.1 经典模型介绍  39-40
    3.2.2 模型中参数的改进  40-50
  3.3 油滴垂直混合模型参数的敏感性分析  50-54
    3.3.1 油的密度、粘度敏感性试验  50-51
    3.3.2 表面张力系数、湍流能量耗散率敏感性试验  51
    3.3.3 破碎能量耗散率、卷入能量率系数敏感性试验  51-52
    3.3.4 波陡、卷入深度敏感性试验  52-54
  3.4 油径谱模型  54-61
    3.4.1 油径谱与卷入率的关系的推导  55-56
    3.4.2 油径谱的推导  56-59
    3.4.3 油径谱的应用  59-61
第4章溢油垂直混合过程数值试验  61-73
  4.1 渤海曹妃甸海域溢油事故数值试验  61-71
    4.1.1 卫星观测资料  61-62
    4.1.2 波浪参数及破碎参数模拟  62-67
    4.1.3 渤海湾曹妃甸附近海域溢油残油量数值试验  67-71
  4.2 试验结论  71-73
第5章总结与展望  73-75
  5.1 本文主要结论  73-74
  5.2 存在的问题与未来工作展望  74-75
参考文献  75-79
致谢  79

波浪破碎过程对油滴垂直混合的作用研究

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