南海深水区含气的溢油模拟技术
海上油气开采过程中会面临天然气泄漏和溢油的风险。浅水溢油过程中油滴的初始尺度主要取决于溢出气体的运动,此时,气体的作用是将油滴从水下快速地抽吸至海面。由于海水流速小于羽流的上升速度,因而对油的移动影响不大。深水溢油则不同,在高压低温的环境下,天然气与水会结合成一种固态的冰状物-水合物[1],当水合物到达水深较浅的低压水域后会分解并将气体释放。国外2002年开始了较全面的深水油气泄漏模拟研究,在已建模型基础上加入了气体溶解模块,对深水油气泄漏过程中的气体溶解进行了模拟。在深水油气泄漏过程中,气体的溶解会造成大量的气态物质损失,能够影响羽流的浮性,因而对羽流中的油气特性影响很大。同时,针对多种水深研究了气体的特性,包括浅水中的理想气体以及深水中的非理想气体,还考虑了气泡形状(球形和非球形),并将气体溶解的计算结果与实验观测数据进行对比,有学者详细探讨了气体的溶解对羽流中的油气特性的影响。随后,开发了一个深水油气井喷模型,考虑了在深水环境中高压低温条件下气体的相变因素[2]。我国近年来也初步开展了水下溢油模拟的相关研究工作,建立了水下溢油模拟[3-7]。这里考虑通过油气泄漏数值模拟探讨油气间相互作用,模拟油气在水体中的迁移扩散轨迹,为泄漏应急处置和抢维修提供技术支撑。
两侧的石壁各有一个陈列架,整齐地摆放着各朝代的石器陶器,以及观音佛像。这些古人的随葬品在暗淡的油灯下发出阴惨惨的幽光,透着墓穴的腥味儿。陶器上的图案,一些粗糙拙朴,状若孩童的简笔画,一些则十分精美,线条灵动,图案繁复。
1 含气的水下溢油模型
油气泄漏后喷射进入水体中并破碎成为油滴和气泡,在喷射初始动量和水体浮力作用下形成浮射流。在上升过程中,天然气在高压低温环境中与海水形成固态的水合物,但水合物上升至低压高温环境中又分解为气泡和水。此外,当浮射流遇到横向流时,气泡逐渐脱离浮射流。含气的溢油数值模型包括羽流动力模型和对流扩散模型,其中羽流动力模型采用Lagrange积分法将一定量的油气视为一个整体,把羽流控制单元体作为研究对象,考虑羽流与海水间的相互作用。羽流控制单元体见图1[8]。
图1 羽流控制体示意
对流扩散模型采用Lagrange粒子追踪法将溢油离散为一定数量的“油粒子”,每个粒子代表一个由大量油滴组成的集合,并具有一定的质量、体积、浓度、油滴直径等属性,这些油粒子在海流的作用下漂移扩散[9-10]。
1.1 控制方程
在深水油气田开采过程中溢油通常会伴随气体的泄漏。气体的膨胀通常会使溢油具有较高的初始喷射速度,而深水区高压低温的环境使气体与海水作用形成水合物,因而在羽流模型中需要同时考虑油、气体、水和水合物的行为及相互作用,需要考虑的物理化学过程还应包括水合物的形成、分解以及气体的溶解过程。
1)质量守恒方程。
式中:t为时间;mo为控制体中的油的质量;mw为控制体中的水的质量;ρa为水密度;Qe为卷吸速率;k为泡沫种类的数量;fi为泡沫在控制体中的比例;Ji为泡沫数通量;τi为泡沫穿过控制体的时间;nh为水合物的数量;(dn/dt)i为由于水合物生成引起的气体消耗速率;Mw为水的相对分子质量。因水合物的形成和自由气体的溶解造成的气体质量损失可表示为
(2)
式中:mh为水合物的质量;(dndis/dt)i为因水合物的溶解造成的水合物的损失速率。
水合物的分解和溶解造成的水合物的质量损失可表示为
式中:mb为控制体中气体质量;(dns/dt)i为气体溶解的速率;Mw为气体的相对分子质量。
2)动量守恒方程。
(3)
waρaQe-wρcomQg+(ρa-ρl)gπb2(1-βε)h+
农村居家养老服务是为了服务农村居家老人,本研究从内、外部环境客观地对农村居家养老模式进行分析之后得出SWOT矩阵分析图(图4)。
式中:C为气体体积分数;Dg为有效扩散系数;ψs为非球形气泡的形状参数,对于球形气泡,ψs =1。
(ρa-ρcom)gπb2βεh
综上所述,随着我国经济发展进入新常态,随着产业结构的不断优化和调整,在不断变化的内外部环境中,我国企业必须从内部控制助手,加大内部控制力度,消除内部控制中存在的缺陷,实现内部控制的有效运行,为保证企业的健康、规范、稳定成长提供保障。
式中:v和w为速度在3个方向的分量;ρcom为气泡与水合物的混合密度;Qg为气体溢出控制体的体积通量;wb为气体的滑脱速度;ρl为控制体的流体密度。
在气体脱离控制体进入周围水体的过程中,动量守恒过程应满足
式中:mp=(π/6)ρpd3为气泡质量;mf=(π/6)ρfd3为被气泡所代替的周围水体的质量;up为气泡速度;Cm为形状系数;对于刚性球状气泡Cm=0.5;Re*为雷诺数。
3)因压强和温度导致的气体体积变化。
(5)
式中:p∞为周围水体的静压强;T∞为周围水体的温度;n为摩尔数;Z为可压缩因子;R为理想气体常数,R=8.31 J/(mol·K)。
比如,学完比例的知识后,教师为学生留下课后作业,将学校的平面示意图画出来。为了将这个作业完成,不仅要使用到比例的知识,还要学生自己测量学校各个部位的长宽,在图纸上清晰地标注出各部位的位置。这种课后作业紧密联系学生生活实际,囊括课堂所学的数学知识,还富有趣味性,激发出学生学习数学思想的积极性。待学生将学校平面图画出来后,教师可以让学生通过课余时间制作沙盘,再次将平面图立体展示出来,学生可以经历思维过渡流程,让学生接触到数学的本质,实现学生全方位发展的目的。
1.2 水合物的形成和分解
1.2.1 水合物的生成
设ρ1为可溶组分的密度,则
图2 水合物外壳包裹着的气泡
溶解在水中的气体分子扩散到水合物颗粒表面,在此与水分子结合形成水合物。水合物的生成速率为
国家科技计划项目是指在国家科技计划中实施安排,由单位或个人承担,并在一定时间周期内进行的科学技术研究开发活动。利用国家科技计划项目手段,一方面能够引导科技活动走向,将科技资源集中于战略性、前瞻性的项目;另一方面也能通过项目的合理计划和科学实施,实现国家科技资金的有效投入。在国家层面上,国家制定和出台的“高技术研究发展计划(“863”计划)”、国家重点基础研究发展计划(“973”计划) 以及支持基础研究的“国家自然科学基金”等有力的推动了国家在前沿科学和关键技术领域的突破,其作用不可替代。
(6)
式中:n为水合物的摩尔量;Kf为水合物的生成速率常数;A为水合物的生成表面积; f为逸度或自由度,可等价地看作非理想气体的分压强,代表了体系在所处的状态下,分子逃逸的趋势,也就是物质迁移时的推动力或逸散能力。
在水合物的形成过程中,气体质量的迁移速率可表达为
(7)
边界条件为
C(rb)=C0,C(rh)=Ci
(8)
在水合物外壳内部
(9)
在分步沉淀中,各种离子被沉淀的先后顺序取决于离子的浓度与沉淀物的溶度积;当各种离子的浓度相同时,沉淀物的溶度积决定沉淀顺序。当溶度积接近时,离子浓度又是沉淀顺序的决定因素,体现了矛盾论中主要矛盾和次要矛盾以及相互转化的关系;类似的例子还有离子浓度对同离子效应与盐效应的影响。
1.2.2 水合物的分解
水合物的分解过程是一个吸热过程,其产物通常是甲烷和水。水合物的分解包含两个过程,即为水合物结构体的破坏和甲烷分子的脱离。水合物分解速率为
寇蔻:南方的阴冷潮湿的冬天,也离不开这些电取暖设备,记得刚结婚的时候,朋友送了一套电热毯,一开始我对这个能够把冰冷潮湿的床铺被窝烘热乎的家伙还是很热衷的。后来听朋友说,电热毯有辐射,特别是对怀孕早期有影响,我就很心生畏惧。可老公不知道从哪里得来的消息说只要不是彻夜开着,基本没事。不过,为了胎宝宝的健康我还是放弃使用了,让老公做我的取暖器。
(10)
式中:Ap为水合物颗粒的表面积;Kd为分解速率系数; feq为气体在水合物颗粒表面温度下和三相均衡压强下的逸度; fg为气体在颗粒表面温度下和周围水压强下的逸度。
1.3 油的溶解过程
(2)制备新型建材技术。地质聚合物、碱激发水泥是近年来发展起来的新型无机非金属材料,与传统水泥相比,这两种建材不用烧制水泥熟料,生产能耗极低,只有普通硅酸盐水泥生产能耗的10%~30%,但在许多应用环境下却有着比水泥更优异的性能,被认为是21世纪最具发展潜力的绿色胶凝材料。经过反复实验,确定了制备流程,见图7。
假定1 油滴因溶解而造成的质量损失频率dm1/dt,正比于可溶组分的溶解度C1、油滴的表面积A和可溶组分在油滴中的体积比例V1/(V1+V2) ,即
1.初始化。设置迭代次数t=1;初始化蝙蝠种群的位置Xi、速度vi、频率F、频度α及响度A;设置放大系数F*。
(11)
式中:K为质量迁移系数,压强和温度通过该系数对溶解过程产生的影响;M1为可溶组分的相对分子质量。
电力营销工作开展过程中,通过对远程用电检查技术的应用,可以有效改善工作效率,但在应用过程中也存在设备与技术不统一的问题,因此电力部门应该重视对传统电力设备的更换工作,同时还应该及时对设备的信息进行收集,便于更好地进行共享。另一方面,电力部门应该对不同地区的经济因素进行综合考虑,同时对设备进行统一规划设计,保证设备与技术的匹配性,并对电力营销的具体模式进行有效调整,提高对电力信息的获取效率。
(12)
为模拟水合物的生成过程,假设一个由水合物外壳包围、内部包含气泡的球形颗粒,见图2。
一般认为油溶解度极低,但溢油在上浮过程中低分子芳香烃组分溶解在水中,其中尤以苯类烃最明显。溢油的溶解过程描述给出以下两个假定。
(13)
求解得可溶组分的体积随时间的变化公式为
(14)
式中:为油滴中可溶组分的初始体积。模型中的参数A、 C1和K根据模拟实验数据确定。
1.4 气体的溶解过程
在深水区水下溢油过程中会有大量的气体溶解于水中,气体的溶解对羽流的行为(动量通量,浮力通量,中性浮力水平)、气泡的粒径和移动速度有显著影响。对气泡的溶解速率计算如下。
假定2 油滴中可溶组分的体积远小于不可溶组分的体积,即
(15)
式中:m为气泡质量;K为质量迁移系数;M为气体的相对分子质量;A为气泡的表面积;C0为溶于水中的气体浓度;Cs为C0的饱和值。
(2)与全国“日进杯”口腔工艺技能竞赛相衔接。技能竞赛项目设置一方面要与学校的人才培养目标、人才培养方案和课程相结合,另一方面要建立与国家、省、市级职业技能竞赛的互通机制。“日进杯”是为全国在校生举办的口腔工艺技能顶级赛事,目前开设有牙体雕刻和全口义齿排牙及牙龈雕刻两个比赛项目。为与“日进杯”衔接,我校“现代杯”以牙体雕刻和全口义齿排牙及牙龈雕刻两个项目为主,并根据教学内容加设有蜡型、卡环弯制等项目,这样校级竞赛还能为全国竞赛公平地选拔参赛选手,构建校级、省级、国家级的完整的竞赛机制。
若C0≪Cs,则有
(16)
式中:rb为气泡半径;ρg为气泡中的气体密度。
2 模型应用案例
本次模拟溢油点选择在水深1 378 m处,溢油点位置为东经115.42°、北纬19.91°,溢油温度为90 ℃,溢出气体的化学成分主要为甲烷(CH4),井口溢出气体与溢油的体积比为11 150∶1,井口半径为1 m,井口的井喷速度为2 m/s,原油密度为850 kg/m3,溢油模拟参数详见表1。
目前高校在固定资产管理这一环节操作相对混乱,由于大部分工作由人工操作完成,再加之管理理念的相对落后,所以管理权责存在分配不清、落实不到位等等问题。有些高校表现出固定资产管理工作人心涣散或人手不够等等问题,这导致他们在固定资产科学管理配备方面无法保证工作任务执行到位,且在科学管理与价值管理方面也无法做到有效兼容,不能做到“谁使用、谁管理”。同时,其固定资产的采购合理性也相对偏差,在入库登记保管手续方面缺乏健全性,许多固定资产内容随意放置,这造成了校内固定资产的严重流失,间接促使高校出现严重经济损失。
表1 溢油模拟参数表
溢油点114.42°E,19.91°N模拟时间2012⁃09⁃18—2012⁃09⁃20溢油水深/m1378溢油时长/h24模拟时长/h48喷口直径/m1.0原油密度/(kg·m-3)850油气体积比1∶11150
模拟的数据输出时间间隔为30 min。数值模拟所使用的水动力场由南海高分辨率三维海洋动力环境预报模型提供[11],本溢油模型暂时未考虑风场对海面油粒子的作用。
2.1 海流大的情况下
本次溢油持续时间为24 h,共模拟2 d(48 h,从2012年9月18日12:00—20日12:00)。通过对比溢油点的位置,2012年9月18日12:00在本海域内流场较大,所以溢油时间选择在本时刻,其流场分布情况见图3。
图3 流场分布情况(海流较大)
相对于油滴来说,喷出后的气体上升很快,并在溢油1.5 min后生成水合物,生成水合物的位置在水深1 362.93 m处,见图4。在83 min后水合物上升至水深755.89 m处开始发生水合物分解,见图5。同时由于大油滴的上浮速度较快,因而大油滴将会在溢油发生240.5 min后首先到达海面,此时大部分油仍然处于水下,见图6。
图4 水合物开始生成(1.5 min)
图5 水合物开始分解(83 min)
2.2 海流小的情况下
通过对比溢油点的位置,2012年9月18日23:00在本海域内流场较小,所以溢油时间选择在本时刻,其流场分布情况见图7。
相对于油滴来说喷出后的气体上升很快,并在溢油1.5 min后生成水合物,生成水合物的位置在水深1 363.84 m处,见图8;在82 min后水合物上升至水深753.71 m处开始发生水合物分解,见图9。同时由于大油滴的上浮速度较快,因而大油滴将会在溢油发生240.5 min后首先到达海面,此时大部分油仍然处于水下,见图10。
图6 溢油到达海面(240.5 min)
图7 流场分布情况(海流较大)
图8 水合物开始生成(1.5 min)
图9 水合物开始分解(82 min)
图10 溢油到达海面(240.5 min)
3 结论
1)基于Lagrange积分法和Lagrange粒子追踪法建立含气的水下溢油数值模型,可较好模拟天然气和溢油在水体中的迁移扩散轨迹,为溢油应急计划编制或现场应急处置提供技术支撑。
2)流速对溢油上升海面的时间影响较小,同时水合物生成和分解的时间也基本一致。海流主要影响油气水平扩散距离,在一定程度上海流大,油气水平扩散距离大;海流小,油气水平扩散距离小。因此水平扩散距离基本上与海流大小呈现线性关系。
参考文献
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CD难治愈,易复发,糖皮质激素是目前一线治疗的基石,但仍有部分患者无法诱导缓解,或是在诱导缓解后不能维持缓解,病情反复发作,并且长期用药后易出现药物不良反应。尽管硫唑嘌呤(AZA)、6-巯基嘌呤(6-MP)、甲氨蝶呤(MTX)、抗肿瘤坏死因子-α(TNF-α)单抗对激素依赖型、激素抵抗型CD有效,却仍有一半以上的患者无法诱导缓解或长期维持缓解[6],亟需探寻更好的治疗、管理方案。
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