祁佩時(shí)，邵志國，劉云芝

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150090，qipeishi@163.com)

低溫溢油異常蒸發(fā)行為的數(shù)學(xué)模型與模擬

祁佩時(shí)，邵志國，劉云芝

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150090，qipeishi@163.com)

為了考察低溫環(huán)境下溢油蒸發(fā)行為，通過淺盤蒸發(fā)試驗(yàn)測(cè)定了0#柴油和大慶原油在溫度分別處于各自凝點(diǎn)附近的“低溫”環(huán)境下的蒸發(fā)量，結(jié)合混合液蒸發(fā)機(jī)理，引入衰減因子e－k/Δθ，建立低溫溢油蒸發(fā)模型.研究表明:當(dāng)環(huán)境與溢油凝點(diǎn)溫差(Δθ)小于10℃時(shí)需采用改進(jìn)模型預(yù)測(cè)蒸發(fā)過程，此時(shí)，油膜液相阻力增大，一定深度內(nèi)(h)的揮發(fā)組分被蒸發(fā)掉，且h隨Δθ減小而降低，柴油與大慶原油的液相阻力增加系數(shù)k分別為0.993和0.989.有冰水面溢油的蒸發(fā)過程受暴露于大氣中的油膜面積(Af)與厚度(ho)影響較大，應(yīng)采用(Afhoe－k/Δθ)/V為衰減系數(shù)的模型對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè).改進(jìn)后的模型可較好的預(yù)測(cè)低溫條件下油品的蒸發(fā)過程.

低溫;溢油蒸發(fā);淺盤實(shí)驗(yàn);覆冰率

近年來隨著石油開發(fā)和石化工業(yè)的發(fā)展，突發(fā)性水域溢油污染事件時(shí)有發(fā)生.石油進(jìn)入水體后，受風(fēng)、浪、流、光照、溫度和生物活動(dòng)等因素的影響，無論在質(zhì)量上還是化學(xué)組成等方面都隨時(shí)間不斷發(fā)生變化［1－2］.引起這些變化的主要過程是蒸發(fā)、光化學(xué)氧化、溶解、乳化、顆粒物質(zhì)的吸附沉降以及微生物降解等.其中，蒸發(fā)是水面油膜中石油烴的較輕組分從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)向大氣進(jìn)行質(zhì)量傳輸?shù)倪^程，是影響溢油性狀變化與遷移行為的重要過程.不同溢油組分不同，蒸發(fā)過程也有差別，每一種烴類蒸發(fā)速率取決于其蒸氣壓，各種碳?xì)浠衔锏恼魵鈮弘S著其分子中原子數(shù)目的增加而降低，芳烴的揮發(fā)速率低于烷烴［2－3］.一般認(rèn)為沸點(diǎn)低于37℃的石油分餾物幾天之內(nèi)就可以全部蒸發(fā)掉，新鮮原油在2～3 d可以蒸發(fā)掉25% ～30%，一些輕質(zhì)原油或成品油的蒸發(fā)損失可達(dá)總量的一半以上［3－4］.由于組成的改變，蒸發(fā)使油密度、粘度、表面張力增加，傾點(diǎn)上升，并影響擴(kuò)散、乳化、溶解等其他風(fēng)化過程［5］.因此，模擬蒸發(fā)過程有助于對(duì)水面溢油殘留量的預(yù)報(bào)，便于制定應(yīng)急決策和對(duì)環(huán)境損害進(jìn)行評(píng)估.

目前，蒸發(fā)過程的模擬主要有2種類型:準(zhǔn)組分法和分析法［5－8］.前者把油視為由一系列分子量不同的烴類組成的混合物，總蒸發(fā)量是各組分蒸發(fā)量的加和;后者則是將油視為混合類基質(zhì)，建立基質(zhì)的蒸發(fā)速率與風(fēng)速、蒸氣壓、油膜面積的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系.其中，應(yīng)用最為廣泛的是由Stiver和Mackay提出的蒸發(fā)模型［7］，應(yīng)用時(shí)需針對(duì)不同油品輸入恒定的質(zhì)量遷移系數(shù)和蒸氣壓.但該模型沒有充分考慮混合液組分遷移控制步驟的不同對(duì)溢油蒸發(fā)的影響，忽略了純液體與混合液蒸發(fā)的差異.Fingas根據(jù)淺盤蒸發(fā)試驗(yàn)［9］提出:作為混合物的油的蒸發(fā)速率對(duì)時(shí)間來說不是常數(shù)，一般蒸發(fā)損失量與時(shí)間成對(duì)數(shù)關(guān)系，油的蒸發(fā)不是嚴(yán)格地受邊界層控制，并提出簡化模型模擬溢油的蒸發(fā)過程.

低溫環(huán)境下(油品凝點(diǎn)附近)，溢油中高沸點(diǎn)組分可能會(huì)凝固而使粘度隨溫度非線性增加，表現(xiàn)出非牛頓流體的特性［10］，而且低溫時(shí)油膜表面“結(jié)皮”，這些因素會(huì)使溢油蒸發(fā)行為有別于常溫［3］.對(duì)此，Berger和 Mackay 根據(jù) Whitman 雙膜理論，將揮發(fā)物質(zhì)的遷移阻力按氣、液相阻力之和計(jì)算，并給出一簡單的用油粘度計(jì)算液相阻力的經(jīng)驗(yàn)方程［10］.但由于方程中相關(guān)系數(shù)較難獲得，且不適合描述近半流態(tài)油中組分的遷移，此問題仍沒得到很好的解決.因此，本研究采用淺盤蒸發(fā)試驗(yàn)考察了市售0#柴油和的大慶原油分別在各自凝點(diǎn)附近溫度下的蒸發(fā)行為，結(jié)合前人對(duì)原油等混合液蒸發(fā)機(jī)理的研究成果，抓住蒸發(fā)的主要控制步驟，對(duì)Fingas提出的蒸發(fā)模型進(jìn)行改進(jìn)，建立了適于預(yù)測(cè)高粘度油蒸發(fā)過程的模型，為低溫溢油蒸發(fā)行為的預(yù)測(cè)提供依據(jù)，進(jìn)一步完善了溢油蒸發(fā)模型的理論研究.

1 模型的建立

1.1 蒸發(fā)傳質(zhì)分析

與純液體兩階段蒸發(fā)過程不同，石油等混合液的蒸發(fā)由以下3步驟組成［5］:1)液體體相易揮發(fā)組分向液體表相的遷移;2)揮發(fā)分子從液體表相進(jìn)入氣相邊界層;3)揮發(fā)分子從邊界層向環(huán)境的擴(kuò)散.控制步驟決定液體蒸發(fā)的特點(diǎn)、影響因素

其中:E為蒸發(fā)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，E=ΔW/W，ΔW為溢油蒸發(fā)損失質(zhì)量，W為溢油初始量，%D為180℃蒸餾時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，θ為環(huán)境溫度，t為蒸發(fā)時(shí)間.

1.2 模型的建立

環(huán)境溫度低于溢油凝點(diǎn)時(shí)，油膜凝固，且表面結(jié)皮而停止蒸發(fā).所以認(rèn)為“低溫”是相對(duì)溢油凝點(diǎn)而言，以大慶原油為例，其凝點(diǎn)在26℃左右［5］，在此溫度以下，原油凝固蒸發(fā)停止;對(duì)于0#柴油，只有低于0℃時(shí)才凝固.故本試驗(yàn)著重考察溢油凝點(diǎn)附近溫度下的蒸發(fā)行為.此時(shí)溢油粘度較高，擴(kuò)展較慢，油膜相對(duì)較厚，蒸發(fā)量降低，蒸發(fā)速率減緩［3］.分析可知:原油中含有一定量的蠟(即正構(gòu)烷烴)，當(dāng)溫度降低時(shí)，液態(tài)原油中的蠟質(zhì)按相對(duì)分子質(zhì)量大小次第析出，開始時(shí)形成的連續(xù)相是液態(tài)烴，分散相是蠟晶的二相體系［10－11］，粘度增高，易揮發(fā)組分遷移到表層的阻力增大，遷移至邊界層的速率降低，蒸發(fā)過程由第2步控制向第1步控制過度.當(dāng)溫度繼續(xù)降低，原油中析出的蠟晶增多、長大，首先形成平面狀結(jié)晶，并互相聚集成三維海綿網(wǎng)狀的凝膠體［12］，液相阻力繼續(xù)增加，油膜內(nèi)距邊界層越近的揮發(fā)組分越容易遷移至表層，而油膜深層組分由于阻力與路徑的增大遷移至表層的數(shù)量減少，此時(shí)蒸發(fā)過程已完全由第1步控制.溫度進(jìn)一步降低，析出的蠟晶繼續(xù)增多，把油包在其中，使油失去流動(dòng)性，凝膠體會(huì)阻止油膜內(nèi)部揮發(fā)組分向油膜表面層的遷移，液相阻力更大，油膜只有表層一定厚度(h)內(nèi)的易揮發(fā)組分蒸發(fā)掉［ 5，12－13］.溫度降至凝點(diǎn)以下，原油完全凝固，h減小到 0，蒸發(fā)停止.假設(shè)油膜內(nèi)各組分分布均勻，一定溫度下的可蒸發(fā)組分全部集中在厚度為h的油膜內(nèi).考慮到h的減小與低溫導(dǎo)致液相遷移阻力增加有關(guān)，可遷移至液相表層的揮發(fā)組分所在油膜的深度表示為:及蒸發(fā)速率方程的形式.根據(jù)文獻(xiàn)［ 5，9］，實(shí)際水面溢油受第2步控制.由于此時(shí)蒸發(fā)受風(fēng)速、蒸發(fā)面積影響較小，與原油組成和各組分性質(zhì)有關(guān)，在抓住主要影響因素的前提下，速率方程得以簡化.因此認(rèn)為Fingas提出以下模擬溢油蒸發(fā)的模型較為合理.

對(duì)于少數(shù)油品(如柴油、Buncker C light、FCC Heavy Cycle等)符合t的平方根形式的方程:

其中:ho為油膜厚度，Δθ=θ－θo，θ為環(huán)境溫度，θo為溢油凝點(diǎn)，k為阻力增加系數(shù)，k值與油品有關(guān).所以式(1)、式(2)可分別表示為:

當(dāng)溫度繼續(xù)降低至凝點(diǎn)時(shí)，溢油凝固，認(rèn)為h近似為 0，此時(shí)蒸發(fā)停止［ 5，14］.

在應(yīng)用式(4)、式(5)預(yù)測(cè)油品蒸發(fā)時(shí)需要解決以下2個(gè)問題:1)確定蒸發(fā)發(fā)生異常的溫度范圍，即環(huán)境溫度高出溢油凝點(diǎn)多少時(shí)采用改進(jìn)模型;2)確定阻力增加系數(shù)k與油膜表層厚度h變化規(guī)律.

2 實(shí)驗(yàn)

根據(jù)文獻(xiàn)［14］，將油品分3類:第1類是輕質(zhì)燃料油(煤油，汽油，柴油等)，蒸發(fā)速率較大，蒸發(fā)半衰期在1周左右;第2類是重質(zhì)原油(遼河原油，大慶原油等)，基本上不存在蒸發(fā)半衰期，n－C18以前可揮發(fā)烴類含量低于50%，即無論多長時(shí)間蒸發(fā)損失始終小于總油量的一半;第3類是穩(wěn)定難揮發(fā)油品(機(jī)油，潤滑油等)，蒸發(fā)過程中化學(xué)組成基本不變.本研究以柴油和大慶原油為研究對(duì)象，考察其在各自凝點(diǎn)附近溫度下的蒸發(fā)過程，借此驗(yàn)證上述模型改進(jìn)的可行性，確定改進(jìn)模型中的必要參數(shù).

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

不同溫度下，分別對(duì)市售0#柴油和大慶原油進(jìn)行淺盤蒸發(fā)試驗(yàn)［ 3，6］，通過測(cè)量殘油質(zhì)量得到蒸發(fā)量隨時(shí)間的變化關(guān)系.將一定量的試驗(yàn)油注入面積一定的不銹鋼淺盤(Φ50 cm×3.00 cm)中，油品在一定溫度下蒸發(fā)(無風(fēng)環(huán)境).殘油質(zhì)量通過傳感器測(cè)定(每隔8 h測(cè)量1次).測(cè)得數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集儀輸入并存儲(chǔ)在電腦中.考察時(shí)間為120 h.為減少試驗(yàn)誤差，每項(xiàng)試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次，結(jié)果取平均值.

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與裝置

質(zhì)量傳感器(LC 5100，量程為0～3 kg，精度為1 g，工作溫度為 －10 ～50 ℃);恒溫箱(FYL－YS－100L，可恒定溫度為 0～48℃，溫度調(diào)節(jié)為±1℃);不銹鋼制的淺盤;刻度尺最小刻度1 mm.

2.3 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)選用市售0#柴油和大慶原油為研究對(duì)象，油品物理參數(shù)見表1.

表1 油品物理參數(shù)

3 結(jié)果及分析

3.1 溫度對(duì)蒸發(fā)過程的影響

為了考察溫度對(duì)油品蒸發(fā)的影響，分別在高于0#柴油和大慶原油各自凝點(diǎn)10℃的溫度內(nèi)對(duì)其進(jìn)行淺盤蒸發(fā)試驗(yàn)，測(cè)定不同時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量，并采用式(1)和式(2)模擬柴油與大慶原油的蒸發(fā)過程，結(jié)果如圖1、圖2所示.

圖1 不同溫度下0#柴油的蒸發(fā)曲線

圖2 不同溫度下大慶原油的蒸發(fā)曲線

對(duì)于兩種油品，10℃和36℃時(shí)的蒸發(fā)過程仍可用Fingas提出的方程模擬，但當(dāng)環(huán)境溫度與油品凝點(diǎn)的溫差小于10℃時(shí)，采用式(1)和式(2)計(jì)算出的蒸發(fā)量比實(shí)際蒸發(fā)量偏高，而且溫差越大，偏差量也越大.由此可以認(rèn)為，當(dāng)環(huán)境溫度高出溢油凝點(diǎn)10℃以上時(shí)，仍可采用Fingas提出的溢油蒸發(fā)模型，但當(dāng)溫差小于10℃時(shí)，必須對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn).此外，溢油在凝點(diǎn)附近蒸發(fā)量雖然較模擬值小，但隨時(shí)間變化關(guān)系仍符合Fingas蒸發(fā)方程的形式，這也證明了在原方程基礎(chǔ)上添加衰減函數(shù)的可行性.值得注意的是對(duì)于大慶原油，當(dāng)環(huán)境溫度與油凝點(diǎn)溫差＜5℃時(shí)，蒸發(fā)量隨時(shí)間變化基本相同.分析其原因可知:對(duì)蠟質(zhì)含量相對(duì)較高的重質(zhì)原油，低溫使得蠟晶更快地增長，迅速形成三維海綿網(wǎng)狀的凝膠體，將深層的易揮發(fā)組分包裹，阻止其向表面遷移，h會(huì)隨溫度降低更快的減小，在一定溫差以下(對(duì)大慶原油，＜5℃)，h基本恒定，而且已不再受Δθ影響，在此溫差以下的任何溫度(Δθ＞0)，只有表層一定厚度內(nèi)(he)的組分蒸發(fā)損失掉，he與油品組成有關(guān).

3.2 阻力增加系數(shù)的確定與模型的驗(yàn)證

3.2.1 參數(shù)的確定

為了確定阻力增加系數(shù)k，分別對(duì)式(4)、式(5)左右兩邊取對(duì)數(shù)，得到如下關(guān)系式:

將不同時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量代入式(6)和式(7)，以1/Δθ和lnE為坐標(biāo)軸作圖，斜率k即為阻力增加系數(shù)，如圖3、圖4所示.不同時(shí)間內(nèi)的lnE與1/Δθ均有較好的線性關(guān)系.

圖3 柴油阻力增加系數(shù)

圖4 原油阻力增加系數(shù)

3.2.2 模型的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證改進(jìn)模型，對(duì)低溫油品的蒸發(fā)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，分別在0～20℃和30～45℃范圍內(nèi)測(cè)定0#柴油與大慶原油的蒸發(fā)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并與蒸發(fā)模型計(jì)算結(jié)果相比較，考察時(shí)間為8 h，結(jié)果如圖5所示.可以看出:對(duì)于柴油與大慶原油，溫度分別高于10℃和38℃時(shí)蒸發(fā)量隨溫度降低呈線性遞減，基本符合Fingas蒸發(fā)模型，可是一旦低于此溫度，蒸發(fā)量呈指數(shù)型降低，可用改進(jìn)模型進(jìn)行描述，且改進(jìn)模型與原模型可以很好的銜接，實(shí)驗(yàn)值與模擬值吻合較好.

圖5 不同溫度時(shí)蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)與模型預(yù)測(cè)的蒸發(fā)量比較

3.3 油膜厚度對(duì)蒸發(fā)量的影響

為了考察低溫環(huán)境下，油膜中不同深度的易揮發(fā)組分遷移至邊界層的差異，相同條件下，改變淺盤中的溢油量，測(cè)定3 d內(nèi)油膜厚度分別為5、10、15、20、25、30 mm 時(shí)的蒸發(fā)量，結(jié)果如圖 6、圖7所示.可以看出，油膜厚度對(duì)溢油的絕對(duì)蒸發(fā)量是有影響的.無論是柴油還是原油，不同溫度下油膜蒸發(fā)量均隨其厚度的增加而增大，這顯然是由于油膜厚度增加，溢油量增多，可遷移至邊界層的易揮發(fā)組分增多的緣故引起的.比較溢油蒸發(fā)量增加速率隨油膜厚度的變化可知，當(dāng)油膜較薄時(shí)，蒸發(fā)量增加較快，隨后增加速率減緩，且溫度越低，蒸發(fā)量減緩時(shí)的油膜厚度也越小.10℃時(shí)溢油蒸發(fā)量在厚度為20 mm時(shí)才開始減緩，而在2℃時(shí)，15 mm厚油膜蒸發(fā)質(zhì)量就已達(dá)到總量的80%以上，并隨油膜進(jìn)一步增厚蒸發(fā)量沒有顯著增加.此現(xiàn)象恰好證明了油膜液相阻力隨溫度的降低而增大，揮發(fā)組分多集中在距表層一定厚度內(nèi)(h)的油膜中，而且h隨溫度的降低而減小.

對(duì)于大慶原油，28℃和30℃下的蒸發(fā)量隨油膜厚度變化基本相同，這說明當(dāng)環(huán)境溫度與凝點(diǎn)溫差小于5℃時(shí)，原油中析出的蠟晶凝膠體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，液相阻力基本恒定，h不再與Δθ有關(guān)，本試驗(yàn)條件下，h近似取10～15 mm.

圖6 油膜厚度對(duì)柴油蒸發(fā)的影響

圖7 油膜厚度對(duì)大慶原油蒸發(fā)的影響

3.4 有冰水面溢油的蒸發(fā)模擬

對(duì)于有冰水面，由于冰層覆蓋，蒸發(fā)作用顯著減弱甚至完全停止［15－16］.Brandvik 和 Faksness通過循環(huán)水槽試驗(yàn)［17］測(cè)定不同覆冰率下溢油蒸發(fā)量是不同的:覆冰率越高，暴露于大氣中油膜面積越小，溢油蒸發(fā)量越小;此外，根據(jù)本文對(duì)低溫環(huán)境下溢油蒸發(fā)過程的分析可知:一定溫差下，h只與溫度有關(guān)，并不因油膜整體增厚而增加，而油膜面積的減小使得揮發(fā)組分總量減小，因此蒸發(fā)量隨冰層覆蓋率的增加而減小.另一方面，對(duì)于高覆冰率水面溢油蒸發(fā)量的降低則是由于溢油擴(kuò)散或滲透到冰層下面，無法與大氣接觸所引起的.根據(jù)以上分析，建議采用以下模型模擬覆冰水面溢油的蒸發(fā)過程:

其中:V為溢油體積;Af為有冰水面暴露于大氣中油膜的面積;ho為擴(kuò)展平衡時(shí)暴露于大氣中油膜的厚度.由此可見確定暴露于大氣中的油膜面積與厚度對(duì)有冰水面溢油蒸發(fā)至關(guān)重要.根據(jù)文獻(xiàn)［15］，按照冰區(qū)與水域總面積之比(C)將冰區(qū)分為連續(xù)冰蓋(0.95＜C≤1)、高密集度(0.8＜C≤0.95)、中密集度(0.3＜C≤0.8)、低密集度(0＜C≤0.3)4種情況.對(duì)于連續(xù)冰蓋，所有的油均在冰蓋下，與大氣隔絕，Af為0 m2，蒸發(fā)過程已經(jīng)停止［15］.低冰密集度時(shí)溢油的擴(kuò)展與開敞冷水表面相似，可認(rèn)為此時(shí)油全部浮在水面上，冰下無油，而且與面積一定的淺盤相比，實(shí)際開闊水域中冰層對(duì)油膜面積的影響較?。?15，18］，此時(shí)仍可用式(5)、式(6)預(yù)測(cè)溢油蒸發(fā)過程.對(duì)于高、中冰密集度，文獻(xiàn)［ 15，19］給出了計(jì)算暴露于大氣中油膜面積的公式:

其中:ρi為冰層密度;ρo為油密度;ρw為水密度;σo為油－水界面張力;Afe為單個(gè)浮冰的面積;hui為單位面積冰下擴(kuò)散平衡時(shí)油膜的厚度，按照連續(xù)冰蓋下油膜擴(kuò)散平衡時(shí)的厚度計(jì)算［15］;hi為冰層厚度;g為重力加速度.

為了驗(yàn)證改進(jìn)模型對(duì)有冰水面溢油的蒸發(fā)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，在加高的淺盤(邊緣高為6 cm)中注入0℃清水，水面上鋪置一定量的薄冰板(厚度約為4 cm)，覆蓋淺盤面積比例分別為60%和90%.注入0#柴油，0℃時(shí)測(cè)定柴油蒸發(fā)量隨時(shí)間的變化，結(jié)果如圖8所示，此時(shí)蒸發(fā)量按溢油體積計(jì).

圖8 不同覆冰率下0#柴油的蒸發(fā)曲線

可以看出，相同條件下，冰層密集度越高，溢油蒸發(fā)量越小.改進(jìn)模型對(duì)有冰水面溢油蒸發(fā)過程的模擬值較實(shí)驗(yàn)值偏高，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是在面積一定的淺盤中進(jìn)行的，隨著覆冰率的增加暴露于空氣中的油膜面積呈比例減小，而實(shí)際水域面積遼闊，通常情況下岸邊對(duì)溢油擴(kuò)展面積的限制較小，覆冰率對(duì)油膜面積的影響較實(shí)驗(yàn)室內(nèi)在固定容器中模擬溢油蒸發(fā)時(shí)冰層對(duì)油膜面積的影響要小得多，即在相同覆冰率下，實(shí)驗(yàn)室中Af較實(shí)際水面上的要小，所以實(shí)驗(yàn)值較模擬值偏低.

4 結(jié)論

1)在原油等混合液蒸發(fā)機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合低溫時(shí)油品的蒸發(fā)行為特點(diǎn)，提出在溫度處于溢油凝點(diǎn)附近的“低溫”環(huán)境下，溢油蒸發(fā)主要受液體體相易揮發(fā)組分向液體表相的遷移控制.液相阻力隨溫度的降低而增加，h隨溫度的降低而減小，進(jìn)而導(dǎo)致蒸發(fā)量的降低.

2)在Fingas提出的蒸發(fā)模型上增加1個(gè)與溫度有關(guān)的衰減因子 e－k/Δθ，建立了適于預(yù)測(cè)高粘度及低流態(tài)溢油蒸發(fā)的模型.

3)通過淺盤蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)考察了市售0#柴油和大慶原油的蒸發(fā)行為，驗(yàn)證了h隨溫度降低而減小的事實(shí)及模型改進(jìn)的合理性.當(dāng)環(huán)境溫度與溢油凝點(diǎn)溫差大約低于10℃時(shí)可采用改進(jìn)模型對(duì)其蒸發(fā)過程進(jìn)行模擬，0#柴油和大慶原油的阻力增加系數(shù)k分別為0.993和0.989.

4)當(dāng)原油泄漏于有冰水面時(shí)，溢油蒸發(fā)過程受 Af影響較大，引入衰減系數(shù)(Afhoe－k/Δθ)/V 改進(jìn)Fingas方程以模擬實(shí)際水面溢油蒸發(fā)過程，并針對(duì)不同冰況，提出了溢油蒸發(fā)的模擬方案與Af、ho的計(jì)算方法.

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The mathematical modeling and simulation on abnormal evaporation of spilled oil at low temperature

QI Pei－shi，SHAO Zhi－guo，LIU Yun－zhi

(State Key Laboratory of Urban Water Resources and Environment，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China，qipeishi@163.com)

In order to predict the evaporative amount of spilled oil at low temperature，the shallow dish test was conducted to investigate the evaporation of diesel and Daqing crude oil，respectively.On the basis of the mixed liquid evaporation mechanism，F(xiàn)ingas’evaporation models were ameliorated by adding a coefficient e－k/Δθ.The experimental results indicate that the ameliorated models are adopted when the difference between air temperature and the oil’s solidifying point(Δθ)is less than 10 ℃.The volatile components come into the air from the oil surface within a certain depth(h)，which decreases as ΔT decreases.The resistance coefficient k is 0.993 and 0.989 for the diesel and crude oil，respectively.The evaporation of oil on the water surface infested with ice is closely related to the exposed area(Af)and thickness(ho)of the oil slick，which can be simulated by the model appended with(Afhoe－k/Δθ)/V.The ameliorated models can simulate the oil evaporation very well at low temperature.

low temperature;evaporation of spilled oil;shallow dish test;ice cover rate

X507

A

0367－6234(2010)06－0893－06

2010－03－01.

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2008AA06A411).

祁佩時(shí)(1955—)，男，教授，博士生導(dǎo)師.

(編輯 魏希柱)