内河船舶溢油建模与仿真
2019-06-13熊正华
重庆交通大学学报(自然科学版) 2019年6期
熊正华,陈 茜
(1. 四川交通职业技术学院 航运工程系,四川 成都 611130; 2. 武汉理工大学 能源与动力工程学院,湖北 武汉 430063)
0 引 言
近年来溢油事故频发,对经济发展以及生态环境都造成了严重危害,研究船舶溢油的影响因素对于预防溢油事故的发生有着重要意义[1]。目前对于溢油行为的研究多集中于海洋,针对内河环境的溢油研究相对较少。内河水流流速较快且径流量变化迅速,航道相对狭窄,并且内河作为人们生活工作的主要场所和生活用水的主要来源,内河溢油事故一旦发生,造成的危害更大、显现的速度更快[2]。笔者在船舶溢油影响因素分析的基础上,针对内河航道的特殊性选取江西抚河部分河段进行了水动力学模拟,并以流场模拟结果为基础对溢油行为进行了模拟。
1 水动力模型
根据内河水文特征选取MIKE21的HD模块进行水动力学模拟。MIKE21HD模块采用交替方向隐格式法(ADI)离散水流的控制方程,以中心差分格式表示方程中的各项参数,采用追赶法对离散得到的矩阵方程进行求解,从而避免方程因为离散而产生计算结果失真的情况,计算过程中Taylor级数展开的截断误差在二阶至三阶以内[3]。
二维浅水连续性方程为
(1)
式中:ζ为水位;p为x方向的流量通量;q为y方向的流量通量;h为水深。x方向动量方程为
(2)
y方向动量方程为:
(3)
式中:H=h+ζ;C为谢才系数;ρ为流体密度;τxx、τxy、τyy为有效剪切力分量;f为科氏力系数;fω为风阻力系数;Wx、Wy分别为风速在x、y方向上的分量。
2 溢油模型
2.1 输移过程
2.1.1 扩散过程……p>
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