一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置及方法

本发明一般涉及水面溢油燃烧模拟，具体涉及一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置及方法。

背景技术：

1、海上石油勘探、生产、运输和使用过程中溢油事故时有发生。为快速有效的处理泄漏的燃油，特别是当泄漏地点远离海岸线，救援力量无法快速大量到达，物理和化学处理产生的废弃物也无法快速到达陆地处理中心时，通常使用就地燃烧法处理海面溢油，避免溢油扩散和漂移，以致造成重大的经济损失和海洋环境破坏。因此，开展海洋环境下溢油燃烧特性的研究，是提高其除油速率和除油效率的关键。

2、现阶段，对于水面溢油的研究主要采用实验研究和数值模拟，大尺度实验会受到场地和经费的限制，数值模拟又需要设置正确的边界条件和燃料物性参数，而海面溢油多为混合物，溢油事故发生后会发生不同程度的风化、乳化，难以准确设置模拟参数，且数值模拟的模型计算是否有效还需试验来进一步验证，因此，目前对水面溢油的研究多采用小尺度实验，通过重复实验和多个实验参数的设定，更好地反映不同工况下水面溢油的燃烧特性。

3、目前小尺度水面溢油实验多是在模拟油罐下方添加垫水层，且将溢油限制在燃烧装置内，随着燃烧的进行，油盘与燃烧装置的壁面不可避免会将大量本应散逸到空气中的热量反馈到油层中，从而经常是在壁面和油品结合处发生沸腾，进而发生小尺度沸溢现象，这与实际泄漏形成的燃烧情况不符。并且目前小尺度实验主要集中在油层厚度、油池直径、边沿高度、初始温度等单个因素对水面溢油的影响，未考虑多个因素对溢油处理的综合影响，也未考虑环境风和波浪这两个影响因素对溢油燃烧的综合作用。

技术实现思路

1、鉴于上述的问题，本申请提供了一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置及方法,用于解决现有技术中存在的技术问题。

2、本发明提供一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置，包括：

3、水池；

4、环境风模块，设置于所述水池的一端，用于向水池方向供给气流

5、波浪模拟模块，设置于所述水池的一端，包括设置于所述水池内的造波推板及用于驱动所述造波推板往复运动的驱动装置；

6、点火模块，设置于所述水池远离所述波浪模拟模块的一端，包括设置于所述水池侧壁上的点火电极及与所述点火电极连接的电火花控制装置，所述点火电极连接有漂浮件，所述漂浮件导向滑动设置于所述水池远离所述波浪模拟模块的一端。

7、进一步地，还包括设置于所述水池的采集模块及与所述采集模块连接的分析模块，所述分析模块与所述点火模块电连接，所述采集模块用于获取水池内的溢油点燃状态，所述分析模块用于获取所述点燃状态以调节所述点火模块。

8、进一步地，所述点燃状态包括溢油是否点燃、溢油被点燃后的燃烧时间。

9、进一步地，所述环境风模块包括整流管网、设置于所述整流管网和所述水池之间的整流板及设置于所述整流管网远离所述水池一侧的轴流风机。

10、进一步地，所述环境风模块包括框架，所述整流管网包括逐层码放至所述框架一端的多个导向管，多个所述导向圆管均沿所述轴流风机至所述水池的方向延伸设置。

11、进一步地，多个所述导向圆管的长度由与所述轴流风机扇叶对应的区域至所述轴流风机转轴对应的区域逐渐变短。

12、进一步地，所述波浪模拟模块还包括造波控制装置，所述造波控制装置包括造波发生开关，所述驱动装置与所述造波发生开关电连接，所述造波发生开关用于控制所述驱动装置的供电回路的通断状态。

13、进一步地，所述水池为矩形结构，所述波浪模拟模块还包括沿所述水池的长度方向设置于所述水池的导向件，所述造波推板滑动导向设置于所述导向件上。

14、进一步地，本申请还提供了一种使用以上任一的环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

15、步骤一、在水池内倒入定量的水，将提前计算好的油品倒入水池中并让油品扩散预定时长；

16、步骤二、控制波浪模拟模块工作造波，待波浪达到预定波高并稳定后启动点火模块进行点火；

17、步骤三、在所述点火模块点火后，观察油品是否被点燃，

18、若是，进行步骤四；若否，则调整点火模块的点火能量和点火时间，直至点火成功；

19、步骤四，记录火焰的蔓延时间、蔓延速度和燃烧时间，然后降低点火模块的点火能量和点火时间，重复上述步骤一至步骤三。

20、本申请与现有技术相比，具有以下有益效果：

21、1.可提供稳定的横向风和相似度较高的水面溢油的边界条件，合理的模拟了实际海洋燃油泄漏形成的环境风和波浪作用下水面油品火灾，提高实验的可信性。

22、2. 通过电火花发生系统测定不同风速和波高下海面溢油引燃的最小点火能量，引燃后研究水面溢油火蔓延现象和导热物体对油品燃烧速率、燃烧效率和沸溢现象的作用，为就地燃烧法的实际操作提供依据。

23、3.轴流风机具有中心部位出风量大、边缘部位出风量小的问题，模拟环境风的真实度低，通过由外向内长度逐渐减小的圆管使轴流风机的出风更均匀，再经整流板整流后作用于水池上可最大限度地模拟环境风中的横向风。波浪模拟系统造出的波浪数据和环境风系统造出的环境风数据均可调节，使得整个实验装置的误差小，灵活性高，重复性强。

技术特征：

1.一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置及方法，其特征在于，还包括设置于所述水池（1）的采集模块及与所述采集模块连接的分析模块，所述分析模块与所述点火模块（4）电连接，所述采集模块用于获取水池内的溢油点燃状态，所述分析模块用于获取所述点燃状态以调节所述点火模块。

3.根据权利要求1所述的一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置，其特征在于，所述点燃状态包括溢油是否点燃、溢油被点燃后的燃烧时间。

4.根据权利要求1所述的一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置，其特征在于，所述环境风模块（2）包括整流管网（21）、设置于所述整流管网（21）和所述水池（1）之间的整流板（22）及设置于所述整流管网（21）远离所述水池（1）一侧的轴流风机（23）。

5.根据权利要求4所述的一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置，其特征在于，所述环境风模块（2）包括框架（20），所述整流管网（21）包括逐层码放至所述框架（20）一端的多个导向管（210），多个所述导向圆管（210）均沿所述轴流风机（23）至所述水池的方向延伸设置。

6.根据权利要求5所述的一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置，其特征在于，多个所述导向圆管（210）的长度由与所述轴流风机扇叶对应的区域至所述轴流风机转轴对应的区域逐渐变短。

7.根据权利要求1所述的一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置，其特征在于，波浪模拟模块（3）还包括造波控制装置（33），所述造波控制装置（33）包括造波发生开关，所述驱动装置（32）与所述造波发生开关电连接，所述造波发生开关用于控制所述驱动装置（32）的供电回路的通断状态。

8.根据权利要求7所述的一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置，其特征在于，所述水池（1）为矩形结构，所述波浪模拟模块（3）还包括沿所述水池的长度方向设置于所述水池（1）的导向件，所述造波推板（31）滑动导向设置于所述导向件上。

9.一种采用权利要求1-8任一所述的环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种环境风和波浪作用下水面溢油燃烧模拟装置及方法，该装置包括：水池；环境风模块，设置于所述水池的一端，用于向水池方向供给气流，波浪模拟模块，设置于所述水池的一端，包括设置于所述水池内的造波推板及用于驱动所述造波推板往复运动的驱动装置；点火模块，设置于所述水池远离所述波浪模拟模块的一端，包括点火电极及与所述点火电极连接的电火花控制装置，所述点火电极连接有漂浮件，所述漂浮件导向滑动设置于所述水池远离所述波浪模拟模块的一端，按照该方法使用上述装置，提供横向风和相似度较高的水面溢油的边界条件，合理的模拟了实际海洋燃油泄漏形成的环境风和波浪作用下水面油品火灾，提高实验的可信性。

技术研发人员：张晗璐,滕伦
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5