Кинетика разлива
Моделирование аварийных разливов нефти давление принимается по разности давлений на участке между соседними задвижками.
Кинетика разлива представляет смещение вещества по поверхности земли с определенным уклоном. В исходной информации фиксируется характеристика формы «бассейна накопления» потока выброса, т.е. глубина бассейна в функции координат Z = Z ( X , Y ), формирующая карту уклонов – градиентов поверхности земли.
При аварийном истечении нефти из отверстия в трубопроводе образуется поток, который формирует временные русла. Их форма определяется характером местности, климатом, а также физическими свойствами, объемом и интенсивностью истечения жидкости. Русла идентифицируются по картам и на местности как лощины, балки, овраги, промоины и т. п. Динамическая ось потока может быть построена по картографическим материалам как ломаная линия, проведенная от точки истечения из емкости в направлении максимального значения отрицательной крутизны. В безнапорном режиме жидкость движется по следу линии под действием силы тяжести. Границы растекания вдоль оси потока определяются сечениями, построенными перпендикулярно к оси потока.
Выделяются следующие виды движения жидкости в потоках: равномерное, неравномерное, неустановившееся. При равномерно движении скорости течения, живое сечение, расход жидкости постоянны по длине потока и не меняются во времени. При неравномерном движении уклон, скорости, живое сечение изменяются по длине потока.
Источник в напорном режиме
При неустановившемся движении все гидравлические элементы потока (уклоны, скорости, площадь живого сечения) на рассматриваемом участке изменяются во времени и по длине. Неустановившееся движение характерно для рассматриваемых далее формирующихся иссякающих потоков жидкости.
Границы аварийного разлива нефти определяются с учетом процессов испарения в атмосферу и фильтрации в грунт.
Производительность источника в напорном режиме. При повреждениях с образованием локальных трещин или отверстий в стенке трубопровода выброс продукта из области повышенного давления (из трубопровода) в атмосферу моделируется по схеме «простого сопла». Процесс истечения считается квазистатическим, т.е. волновые эффекты влияют несущественно и поле термодинамических параметров в объеме трубопровода изотропно, поток является адиабатическим, а жидкая среда имеет свойства «совершенного, идеального газа». Указанные предпосылки позволяют использовать соотношения гидродинамики для установившегося потока введением времени t в качестве параметра.
Термодинамические параметры среды в объеме определим как для открытой системы, внутренняя энергия которой убывает с оттоком массы продукта. Истечение продолжается, пока давление в трубопроводе Р30 превышает атмосферное давление Ро.
Безнапорный режим
Массовый расход продукта Q = dq / dt через отверстие зависит от ) отношения давлений УЛ>, коэффициента % и от площади сечения ; отверстия So – Максимально возможному (критическому) значению расхода QKp соответствует критическая скорость, равная местной скорости звука при критическом давлении Рз — Ркр.
Режим истечения вначале может быть критическим (скорость речения продукта в отверстии и расход Q не зависят от противоположных давлений, поскольку из объема возмущения не проникают в канал отверстия – сносятся потоком со скоростью звука), а затем дозву-кковым.
Для критического режима ( Pq /Рз < Ккр) для дозвукового режима (Ккр < Pq /Рз < 1)
Истечение из отверстия сопровождается некоторым сжатием струи в сравнении с сечением отверстия, причем экспериментальные значения скорости несколько меньше теоретических. Указанные эффекты учитываются обобщенным коэффициентом, где i – коэффициент расхода, зависящий от формы отверстия. При различных формах отверстия коэффициент ц колеблется в пределах 0,85…0,98. Для цилиндрических отверстий ц = 0,87 при Ъ/а = 1 и (а = 0,928 при Ъ/а – 0,5, где Ъ – диаметр отверстия, а толщина стенки трубопровода. Расчетное значение Ъ, = 0,6.
Безнапорный режим. Считается, что в безнапорном режиме процесс растекания, т.е. транспортировка жидкого продукта выброса с накоплением в бассейне со временем при положительных градиентах гидростатического (гравитационного) давления определяется производительностью источника и дождевым притоком с исключением массы за счет испарения в атмосферу и фильтрации в грунт.
