Математическая модель затопленной струи с учетом влияния 3D течения окружающей воды

В работе рассматривается течение затопленной струи, состоящей из капель нефти, пузырьков газа, пузырьков гидарата и вовлеченной в струю воды. Для моделирования струи используется интегральный лагранжевый метод контрольного объема, согласно которому струя рассматривается в виде последовательности элементарных контрольных объемов, содержащих сведения о массе, плотности, скорости и температуре компонентов струи. Зная эти параметры для контрольного объема, можно получить сведения о струе. Вследствие того, что рассматривается разлив на глубине 1500 м, что соответствует глубоководной добыче, существует риск распространения углеводородов в толще воды и загрязнения водоема как это было при аварии в Мексиканском заливе в 2010 г. Для быстрого и качественного предотвращения таких разливов необходимо разрабатывать способы прогнозирования течения углеводородов. В условиях стабильного существования гидрата на поверхности пузырьков образуется гидратная оболочка, которая превращает газовый пузырек в гидратный. Для моделирования гидратообразования принята схема, когда процесс лимитируется диффузией газа. На струю действует течение окружающей воды, под действием которого струя искривляется. В работе впервые рассмотрен случай, когда на струю действует трехмерное течение окружающей воды. Получены траектория струи, зависимость температуры, скорости и плотности струи от вертикальной координаты. Развит интегральный лагранжевый метод контрольного объема, а также определено влияние трехмерного течения затопленной струи на ее параметры.

Ключевые слова

затопленная струя; гидратообразование; разлив углеводородов; нефть; метан.

Литература

1. Богоявленский, В.И. Катастрофа в мексиканском заливе на месторождении Ixtoc комплекса Cantarell / В.И. Богоявленский, П.С. Баринов, И.В. Богоявленский // Бурение и нефть. - 2018. - № 1. - С. 3-13.
2. Лаврова, О.Ю. Катастрофический разлив нефти в мексиканском заливе в апреле-мае 2010 года / О.Ю. Лаврова, А.Г. Костяной // Исследование Земли из космоса. - 2010. - № 6. - С. 67-72.
3. Гималтдинов, И.К. К теории накопления углеводородов в куполе, применяемом для ликвидации техногенного разлива на дне океана / И.К. Гималтдинов, С.Р. Кильдибаева // Инженерно-физический журнал. - 2018. - № 1. - С. 260-265.
4. Гималтдинов, И.К. К теории начального этапа накопления нефти в куполе-сепараторе / И.К. Гималтдинов, С.Р. Кильдибаева // Инженерно-физический журнал. - 2015. - № 3. - С. 401-406.
5. Yapa, P.D. Simulation of Oil Spills from Underwater Accidents I: Model Development / P.D. Yapa, L. Zheng // Journal of Hydraulic Research, International Association of Hydraulic Research. - 1997. - № 5. - С. 673-688.
6. Гималтдинов, И.К. Модель затопленной струи с учетом двух предельных схем гидратообразования / И.К. Гималтдинов, С.Р. Кильдибаева // Теплофизика и аэромеханика. - 2018. - № 1. - С. 79-88.
7. Шагапов, В.Ш. Образование и разложение газогидратных включений при миграции в воде / В.Ш. Шагапов, Б.И. Тазетдинов // Теплофизика и аэромеханика. - 2014. - № 3. - С. 355-364.
8. Шагапов, В.Ш. О механизмах роста гидратной оболочки на поверхности всплывающих газовых пузырьков / В.Ш. Шагапов, А.С. Чиглинцева, А.А. Русинов // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. - 2015. - № 3. - С. 73-86.