Актуальные проблемы современной науки: тезисы докладов XLІ Международной научно-практической конференции (Харьков – Вена – Берлин, 30 мая 2019)
Секция: Технические науки
Закирничная Марина Михайловна
доктор технических наук
Уфимский государственный нефтяной технический университет
г. Уфа, Россия
Утарбаева Асель Абубакеровна
магистрант
кафедры автоматизации технологических процессов и производств
Уфимского государственного нефтяного технического университета
г. Уфа, Россия
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕФТЯНЫХ РАЗЛИВОВ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды в результате нефтяных разливов привели к необходимости разработки математических моделей, описывающих процесс переноса и трансформации нефтяных разливов. Они необходимы для определения прогноза перемещения нефтяного пятна, правильной реакции на аварийные разливы, оценки воздействия на окружающую среду, планирования чрезвычайных ситуаций и обучения персонала.
Распространение нефтяного загрязнения по водной поверхности определяется двумя основными процессами: переносом нефтяной пленки под действием ветра, поверхностных течений и поверхностных волн, т.е. дрейфом пленки, и ее поверхностным растеканием. Изучение перемещения пятен под действием течения и ветра, наряду с растеканием занимает одно из центральных мест в моделировании распространений нефти по водной поверхности.
Площадь Stv(t,Vt,Vv) нефтяного пятна в условиях течения и ветра рассчитывается по формуле (1):
(1)
Площадь пятна при идеальных условиях определяется по общеизвестной формуле (2):
(2)
Функции площади нефтяного пятна от времени при течении 0.5 м/с и скорости ветра 3 м/с и площади при идеальных условиях показаны на рисунке 1:
По графику можно заметить, что уже даже при столь малых значениях скоростей течения и ветра площадь пятна будет приблизительно в два раза больше по сравнению с площадью при идеальных условиях.
Функции площади нефтяного пятна от скорости ветра при течении 0.5 м/с в момент времени 1 ч и площади при идеальных условиях в тот же момент времени показаны на рисунок 2:
Влияние ветра на площадь пятна очень высоко, и чем он выше, тем быстрее оно распространяется. Так, через один час при скорости течения всего 0.5 м/с и скорости ветра 6 м/с нефтяное пятно будет иметь площадь в 2 раза больше, чем в идеальных условиях, а при скорости ветра в 15 м/с разница уже будет в 5 раз.
Координаты границы эллиптического пятна в декартовой системе координат, движущейся вместе с пятном и имеющей точку отсчета в его центре, определяются по формуле (3):
(3)
где X – координаты границы пятна по оси абсцисс;
Y - оси ординат, м.
На координатной плоскости с учётом его перемещения в моменты времени t, равные 0.5; 2; 5; 20 часов показаны на рисунке 3:
Рис. 3. Соотношение размеров пятна
Показано, что соотношение размеров пятна в декартовых координатах с центром пятна в точке (0;0) в моменты времени t = 0.5; 2; 5; 20 часов при скорости течения Vt = 0.5 м/с и скорости ветра Vv = 3 м/с.
На графиках показано сравнение функции площади S0(t) пятна от времени в условиях отсутствия течения и ветра (далее - идеальные условия) с функциями его площади Stv(t. Vt.Vv) от времени, от скорости течения и от скорости ветра при постоянных ненулевых значении двух остальных параметров показаны на рисунках 4:
Рис. 4. График изменения функции толщины пленки нефтяного пятна от времени
График изменения функции толщины пленки нефтяного пятна от времени, прошедшего с начала аварии при гэ=0; 150; 250; 400; 600; 800 и 1000 метров (Vt = 0.5 м/с, Vv = 3 м/с, <р = п/4).
Литература
