شبیه سازی خروج نفت از بستر دریا و انتقال به سطح به روش sph

ریزش های نفت و گاز در طبیعت از مهم ترین عوامل آلودگی های زیست محیطی هستند. این ریزش-ها غالبا به صورت جت و پلوم بوده و تحت اثر جریان جانبی در محیط دریا قرار می گیرند. شناخت دقیق پدیده از حیث رفتار در ستون آب و مسیر حرکت تا رسیدن به سطح، در کنترل اثرات مخرب آن بسیار تاثیرگذار است. قطر چشمه ی خروج جت، سرعت اولیه ی خروج، متوسط سرعت جریان جانبی و چگالی نفت خروجی از عواملی هستند که تاثیر بسزایی در رفتار جت یا پلوم نفت در ستون آب دارند. در این پایان نامه سعی شده است با توسعه یک مدل عددی به نام هیدرودینامیک ذرات هموار (sph)، به شبیه سازی دو بعدی خروج نفت از بستر دریا و انتقال به سطح، تحت اثر جریان جانبی پرداخته شود و مسیر حرکت لکه ی نفتی در ستون آب، بررسی گردد. در توسعه این مدل سعی شده تا حد امکان از آخرین دستاوردها و پیشرفت های مطرح شده در این روش، استفاده شود. با توجه به اینکه اکثر کاربردهای جت و پلوم در طبیعت به صورت جریان های متقاطع عمل می-کنند، در این تحقیق جریان با سطح آزاد و در حضور جاذبه به روش تکنیک تزریق ذرات به دامنه ی حل، شبیه سازی شده است. در مدلسازی جریان به روش sph، ذرات ورودی و خروجی در ابتدا و انتهای دامنه قرار داده می شوند. سرعت و فشار بالادست از طریق ذرات ورودی اعمال می گردد و ذرات خروجی کمک می کنند تا جریان آزاد در انتهای دامنه برقرار شود. آزمون های مختلفی به منظور صحت سنجی مدل sph اجرا شده اند و توانایی مدل موجود در شبیه سازی مناسب شرایط مرزی، مرزهای بسته و نیروهای وارد بر آنها، جریان با سطح آزاد و جریان-های متقاطع دوفازی را مورد سنجش قرار داده اند. به دلیل نزدیکی هر چه بیشتر به محیط دریا، پروفیل فرضی سرعت جریان جانبی، غیریکنواخت و سهموی فرض شده و رفتار جت نفت متاثر از آن، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده و مقایسه ی آن با روابط تحلیلی و آزمایشگاهی که سرعت جریان جانبی را یکنواخت فرض کرده اند، نشان می دهد ارتفاع بالاروی جت یا پلوم نفت، 50 درصد افزایش یافته است. بررسی رفتار پدیده در شرایط مختلف، نشان می دهد با افزایش قطر پلوم و سرعت اولیه ی خروج، ارتفاع بالاروی افزایش و به تبع آن زمان و فاصله ی افقی رسیدن لکه ی نفتی به سطح، کاهش می یابد. ولی افزایش متوسط سرعت جریان جانبی رفتاری کاملا معکوس دارد. تغییر چگالی نفت تاثیری در ارتفاع بالاروی نداشته و تنها کاهش آن، زمان و فاصله ی افقی رسیدن لکه ی نفتی به سطح را کاهش می دهد.