Математическая модель распространения многофазного течения для случая повреждения подводного трубопровода

В работе рассматривается модель течения углеводородов из поврежденного подводного трубопровода, через который транспортируются нефть и сопутствующий газ. Процесс миграции нефти и газа описывается течением многофазной затопленной струи. Известны температура истекающих из трубопровода углеводородов, их начальная скорость, температура окружающей воды и глубина пролегания трубопровода. Рассматриваются два случая различных начальных параметров истечения углеводородов из трубопровода. В первом случае термобарические условия окружающей среды отвечают условиям образования и стабильного существования гидрата. Такой случай соответствует условиям истечения углеводородов в Мексиканском заливе. Во втором случае гидрат не образуется. Такие истечения соответствуют случаям транспортировки нефти по трубопроводам в Балтийском море (например, «Северный поток-2»). Для процесса гидратообразования характерна следующая динамика изменения пузырька: сначала он будет полностью газовым, затем на его поверхности начнет образовываться гидратная оболочка (композитный пузырек), затем пузырек полностью станет гидратным, что является завершающим этапом. Для моделирования динамики распространения струи углеводородов рассмотрен интегральный Лагранжевый метод контрольного объема, согласно которому струя рассматривается в виде последовательности контрольных объемов. При моделировании течения струи учитываются законы сохранения массы, импульса и энергии для компонент, входящих в контрольный объем. Уравнения записаны с учетом возможного образования гидрата. В работе получены теплофизические характеристики углеводородов, поступающих из поврежденного трубопровода, для случаев глубоководного и мелководного пролеганий трубопровода. Проанализированы траектории миграции углеводородов, зависимость температуры и плотности струи от вертикальной координаты.