[发明专利]水下溢油运动数值模拟方法及水下溢油行为模拟系统

摘要

水下溢油运动数值模拟方法和模拟系统，将溢油视为由一群不同大小的油粒子构成的油团，进行粒子定义，求取油粒子的运动速度、迁移位移和扩散位移来确定油粒子在t时刻的位置，进而确定溢油的扩散范围和浓度分布。水下溢油运动数值模拟方法通过追踪每一个油粒子的运动行为，来研究溢油在水下的运动特征和扩散范围，构建了“拉格朗日粒子追踪模型”，较现有的“拉格朗日积分模型”，其计算方法更符合水下溢油的运动机制，可更真实地再现水下溢油的运动特征，进一步提高水下溢油扩散范围及浓度分布计算的可靠性，并实现与现有水面溢油数值模拟技术的无缝对接。

主权项

1.水下溢油运动数值模拟方法，其特征在于，将溢油视为由一群不同大小的油粒子构成的油团，通过追踪每一个油粒子的运动行为，来研究溢油在水下的运动特征和扩散范围，所述模拟方法包括以下步骤：S1：油粒子的定义：其中，Pi,j为第i个粒子组内第j个油粒子的特征体积，Fi,j为该油粒子附加体积参数，Di为该粒子组内的油粒子粒径，fi,j为该油粒子所占溢油总体积的百分比，P0为溢油的总体积，N为不同粒径的油粒子组数，n为该粒子组内油粒子总数；S2：求取油粒子的运动速度其中，m为油粒子质量，为水体流速，ρ为油粒子密度，ρ_α为水体密度，为垂直方向的单位矢量，C_d为拖曳力系数，D为油粒子的粒径，V′_c为水体速度在油粒子轨迹线上的投影；S3：求取油粒子沿方向的迁移位移其中，t₀是初始时间，Δt为时间步长，为油粒子的运动速度，是时间t的函数；S4：求取油粒子在垂直于方向上的扩散位移其中，R为[‑1，1]之间的均匀分布随机数，Ka为湍扩散系数，Δt为时间步长；S5：求取油粒子的实际位移及t时刻的位置其中，t₀是初始时间，为油粒子初始位置，为油粒子经过一个时间步长Δt后的实际位移，为经过一个时间步长Δt后运移到的新位置；S6：计算溢油的扩散范围和浓度分布。