بخشی از مقاله
چکیده:
- در این تحقیق, مدلی برای شبیه سازی انتشار نفت و گاز از بستر آب های عمیق ارائه گردیده است. برای مدلسازی پدیده انتشار , درک فرایندهایی همچون حرکت قطرات و حباب ها در توده مخلوط چندفازی - پلام یا جت - ، به تله افتادن پلام در اعماق دریا, فرایند جدایش حباب-های گاز و قطرات نفت از پلام و حرکت قطرات نفت و حباب های گاز در آب به واسطه نیروی بویانسی خود ،تشکیل و تجزیه هیدرات گازی و انحلال گاز در آب دریا ضروری است . بدیهی است در مدل سازی پدیده مذکور باید معادلات هیدرودینامیکی بصورت همزمان با معادلات ترمودینامیکی و انتقال جرمی حل شوند .
مدل علاوه بر پیشبینی زمان انتقال آلودگی از بستر تا سطح و حجم آن به صورت وابسته به زمان باید قابلیت پیش بینی موقعیت , مساحت و ضخامت لایه نفتی تشکیل شده در سطح دریا را نیز داشته باشد . مقایسه نتایج مدلسازی با نتایج میدانی ری و همکارانش نشان داد که مدل از عملکردقابل قبولی برخوردار است . شایان ذکر است در حین مطالعه و شبیهسازی موارد مختلف میدانی, در ضرایب مدل تغییری داده نشده است.
مقدمه
انتشار نفت وگاز از اعماق دریاها خواه از نشت چاه های موجود در بستر و خواه از سوراخ ایجاد شده در بدنه لوله های انتقال, بسیار زیانبار بوده و آسیب های بزرگی بر محیط زیست وارد می آورد. با افزایش تقاضای جهانی نفت و گاز، رویکرد فزاینده ای به اکتشاف میادین جدید نفت و گاز و استخراج از آنها حتی د ر عمیق ترین بخش های دریا به وجود آمده است
با افزایش تولید و انتقال حامل های نفتی، پتانسیل انتشار نفت و گاز در آب دریاها افزایش می یابد. از این رو به منظور رفع این معضل مهم است که بدانیم کی، کجا و به چه مقدار گاز و نفت آزاد شده از اعماق دریا به سطح خواهد رسید و لکه نفت ایجاد شده روی سطح چه ضخامتی خواهد داشت.
در این مقاله مدلسازی مفهومی و عددی پدیده انتشار آلودگی نفتی از اعماق دریا با هدف تهیه ابزاری سودمند جهت بررسی جامع پدیده مذکور مدنظر قرار گرفته است.
پدیده های موثر و معادلات حاکم
همانطوری که در شکل - ٌ - نشان داده شده است مخلوط نفت و گاز آزاد شده از بستر دریا در ابتدا دارای ممنتوم اولیه بوده و این نیرو به مراتب بیشتر ازنیروی بویانسی آن است . در حالی که پس از طی مسیر نه چندان طولانی, با کاهش نیروی ناشی از ممنتوم اولیه, نیروی بویانسی نقش بالا برندگی را ایفا کرده و به تنهایی منشا حرکت توده می شود. در این حالت به توده اصطلاحا پلام - Plume - گویند. هر جت بویانسی به شرط آنکه زمان لازم در اختیار داشته باشد به پلام تبدیل خواهد شد .
پلام با رسیدن به سطح خنثی بویانسی یا - NBL - Neutral Buoyancy Level ، دینامیک حرکتی خود را از دست داده و اصطلاحا به تله می افتد و در صورت قوی بودن جریان محیطی، در جهت افقی گسترده میشود. قطرات نفت پس از به تله افتادن پلام با اتکا به بویانسی خود و تحت تاثیر جریان محیطی به سمت سطح دریا به حرکت خود ادامه خواهند داد . لازم به ذکر است حبابهای گاز در صورت نیرو مند بودن جریان محیطی میتوانند قبل از رسیدن پلام به سطح خنثی بویانسی از پلام جدا شوند.
برای بدست آوردن مدل مفهومی ضروری است فرایندهای دخیل در حین انتشار به خوبی شناخته شده باشد. لذا فرایندهایی چون حرکت دینامیک پلام، تشکیل و تجزیه هیدرات گازی، انحلال گاز در آب دریا و فرایند جدایش حبابهای گاز و قطرات نفت از پلام قابل بررسی میباشند.
معادلات حاکم بر حرکت توده مخلوط چند فازی
در مدلسازی حرکت پلام محتوی قطرات نفت , حبابهای گاز و آب از دو دیدگاه اولرینی و لاگرانژی می توان استفاده کرد. در این مقاله از روش لاگرانژی استفاده شده است. در بررسی شرایط محیطی موثر بر
حرکت توده باید به تاثیرات جریا ن آب دریا و نیز گرادیان دانسیته آن اشاره نمود . اگر جریان محیطی عرضی خیلی قویی نباشد، حبابهای گازی در داخل هسته حجم کنترل باقی می مانند.
در صورتی که جریان محیطی عرضی به اندازه کافی قوی باشد پلام بلافاصله پس از خروج از سوراخ خم میشود اینجاست که تفاوت در سرعت لغزش حبابهای گازی و فاز مایع پلام سبب میشود حبابها در مجاورت مرز بالایی پلام خمیده , حرکت کنند و این امر میتواند موجب جدایی گاز از توده پلام شود . در ادامه به بررسی معادلات بقای جرم , ممنتوم و انرژی پرداخته شده است.
