致谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

1.1课题的研究意义和应用前景

目前,国际贸易的总运量有75%是通过海洋运输完成的，而我国对外贸易运输方式中海洋运输更是占到了90%，海上船舶因此被称为“世界贸易载体”。但是船舶在航行的过程中总是会将一些物质或直接或间接地排放到水体中，以致于危害生物资源，破坏海水质量，影响人类健康，妨碍各项生产作业活动，例如渔业、养殖业等。而石油更是运输途中对海洋造成污染的物质的主要来源。基于历史数据，因为油船触礁、碰撞等事故导致的石油泄漏占总量的22%，因此研究边舱舱壁破损时的溢油特性十分必要。边舱破损发生后，舱内液体泄漏到海水中造成极大的危害，这已经成为一项急需引起重视的环境问题和社会问题。

历史上，海上油品泄漏事故时有发生，例如埃克森•瓦尔迪兹号(ExxonValdez)在阿拉斯加发生的漏油事件(1989)和威望号(Prestige)油轮在西班牙海域沉没导致的石油倾泻事件(2002)等等。类似的事件一旦出现，造成的环境灾害和经济损失不可估量。水生植物、鱼虾贝类等海洋生物会中毒死亡，海岸设施、海滨风景区等受到污染。更大的隐患在于得不到及时处理的溢油还可能引发大型火灾。为了有效降低油品泄漏事故的危害，在事故发生初期，必须要有切实可行的应急方案，而采取积极有效的应对处理措施的前提就是必须能够预测漏油轨迹，大致确定油品溢出总体积量、泄漏速度和溢油完全停止所需要的时间。要做到这一点，则需要根据边舱破损油品泄漏的原理建立破损液舱泄漏预报数学模型，动态模拟泄漏行为[1]。

通过这样的特性研究，一方面，可以利用船舶油品泄漏行为的数学模型为出台相关的漏油应急方案提供详细的动态源特征，以实现精准预测溢油和高效控制溢油两大任务。另一方面，可以应用于船舶设计当中，作为理论依据来优化油船船型和结构，达到防止和控制泄漏的优化目的。

1.2国内外研究现状及发展动态分析

1.3本文主要工作

本文的主要工作是依据多相流理论建立静水和规则波浪下的溢油数学模型。基于Ansys15.0建立模型，应用流体力学计算软件FLUENT动态模拟边舱破损后，油品在静水和波浪中的溢出行为，比较不同破孔形式和有差别的液舱结构设计下的溢油量、溢油速度、溢油时间以及溢出油品在水体中的运动特征。同时充分地考虑泄漏过程中油水置换的阶段，全面研究整个泄漏过程。并依据泄漏的行为机理，定性分析船舶溢油过程中破孔面积、破孔位置和载货量等因素对液货泄漏参数，即液货泄漏轨迹、泄漏速度、泄漏总量和泄漏总时间的影响。

第二章数学模型及数值解法

2.1数学模型

瞬时控制方程对层流流动和湍流流动都可以适用[19],不过需要注意的是，对于湍流流动，直接对瞬态N-S方程进行求解需要占用相当高的计算机内存，所以不可能将这个方法应用于工程实际。通常会对紊流流动进行一定程度的科学简化，从而非直接地求解瞬时控制方程。建立溢油数值模型模拟其运动必须要满足以下方程和条件。2.1.1质量守恒方程

假设流体为粘性且不可压缩，所以必须满足连续方程，即质量守恒方程。根据欧拉(Euler)描述，也称为空间描述，流体的每一物理量不仅随着时间变化，

而且随着空间点发生改变。假设把流场中流体质点的物理量例如矢径、速度和压强，表示为f，它在某一时刻t的值可以用欧拉坐标(x,y,z)与t的函数来表示。