动态曲面式海上溢油机械回收技术的机理研究

溢油污染严重危害海洋环境，机械回收是海上溢油应急治理的最佳方法。本项目首先提出动态曲面式溢油机械回收新技术，然后通过理论分析和PIV实验相结合来探索该技术的工作机理，明确溢油回收过程中动态曲面和底层水流对漂浮油层的拖带作用规律，揭示负压吸入曲面诱导条件下油水加速分离的机理，并建立基于CAD/CFD的撇油器优化设计方法，为实现海上溢油的快速高效回收奠定了坚实的理论基础。

该项目提出动态曲面式溢油机械回收新技术，对该技术工作机理进行了研究并研制了新型溢油回收设备，主要成果如下： . 1. 提出了海上溢油双重拖带回收新方法，并研究了双重拖带回收水面浮油的工作机理，建立了描述水面浮油在底层水流和顶层动态粘附曲面的双重拖带作用下实现快速运动的数学模型。该方法集成了堰式、粘附式和水动力式溢油回收技术的优势，在保证回收油层流型稳定的前提下，使水面厚油层快速进入撇油器，实现水面厚油膜的高速回收。. 2. 提出了专门应用于溢油回收过程中的负压吸入曲面诱导条件下油水加速分离新方法，并研究该方法的工作机理。在溢油回收过程中，通过泵吸产生负压，使油滴和海水一起被吸入曲面流道，并在曲板的导流作用下进入撇油器，油滴与水流一起运动获得了向上基速度,同时也受到浮力作用，因此快速上浮，油水分离速度大幅增加，进而降低了回收油水混合物的含水量。经过实验验证，对一定粘度密度的油品，在合理设置负压参数、导流曲板形状参数后，回收的油水混合物中油的含量达到了83%。. 3. 提出了基于CAD/CFD的撇油器优化设计方法，并完成了新型动态曲面式撇油器内部结构的优化设计。该方法应用CAD技术对新型动态曲面式撇油器的内部结构进行三维参数化建模，然后利用CFD技术对各撇油器内部结构模型进行三维流场的模拟计算，并根据动态曲面式撇油器的工作原理将获得利于油水分离的内部流场状态作为优化目标，对各设计模型应用模糊综合评价法对其内部流场的仿真计算结果进行评价分析，得到最优的撇油器内部结构设计。基于CAD/CFD的撇油器优化设计方法具有通用性，可以用于其他流体机械的优化设计。. 4. 根据动态曲面式溢油回收技术的工作机理，设计并制造了新型动态曲面式撇油器样机，对撇油器样机在实验室条件下进行溢油回收实验，回收速度为100m3/h，回收效率为83%（实验油品粘度为55cSt，密度为910kg/m3）。. 5. 应用堰过流理论分析了现有堰式撇油器的工作机理及其回收效率差的原因，提出应用曲线形实用堰代替薄壁堰以改进回收堰的过流稳定性和回收速度，设计并研制了专用于回收浅水薄油膜的新型堰式撇油器样机，回收速度为10m3/h，可稳定回收的油膜厚度小于1mm。. 该项目在动态曲面式溢油机械回收技术理论研究、溢油回收设备研发等方面都达到了预期目标。