RAPID: Sub-Mesoscale Dynamics of Buoyant Plumes
RAPID:浮力羽流的亚介尺度动力学
基本信息
- 批准号:1044704
- 负责人:
- 金额:$ 8.62万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2010
- 资助国家:美国
- 起止时间:2010-06-15 至 2012-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Intellectual Merit: This RAPID response research project addresses several important scientific issues associated with the massive ongoing Deepwater Horizon oil spill that started to release large amounts of oil (more than 5,000 barrels/day) from a depth of 1,500 m on April 20, 2010. The main objective of the project is to explore the behavior of buoyant plumes released from a point source at the bottom of a stratified and rotating oceanic environment through large eddy simulations, as a step towards resolved modeling of oil and gas plumes in the future. In particular, the following questions will be addressed:(i) What are the flow patterns of buoyant plumes in the presence of sub-mesoscale (spatial range of 100 m to 10 km, temporal range of few days to few weeks) oceanic environment? Does it show subsurface intrusions detraining from the main plume? How does the buoyant plume interact with mixed layer density fronts? What are the parameters controlling the plume?s ability to reach the surface? How much of the total discharge is expressed at the surface? (ii) What is the three-dimensional relative dispersion of the plume. How do surface and subsurface relative dispersion differ?(iii) What is the nature of dispersion of a three-dimensional buoyant plume after its source is shut down? How long does it take to dissipate? Where does it modify the surrounding water characteristics?While this study will be conducted mainly within the context of a Boussinesq, Newtonian fluid model, two simple modifications will be considered. The first is the addition of evaporation to represent loss of volume over the first two days after surfacing, and the second one is the inclusion of non-Boussinesq effects in order to include density differences between oil and water of some 20%. The computations will be carried out employing the spectral element code Nek5000 in collaboration with Paul Fischer and Aleks Obabko on Argonne National Laboratory.?s IBM BL/G Intrepid machine on up to 32,000 CPUs. Broader Impacts: Broader impacts of the project include a strengthening of the ongoing collaboration between scientists from the University of Miami, Argonne National Laboratory and the Naval Research Laboratory at Stennis Space Center to make progress in different aspects of the problem in preparation for future events. The results from this study may also lead to better sampling techniques of buoyant plumes and provide guidance on how to initialize larger scale ocean circulation models. It is also a good step for future development of advanced two-phase computational models for oil spill applications.
智力优势:这个快速反应研究项目解决了与2010年4月20日开始从1,500米深处释放大量石油(超过5,000桶/天)的大规模深水地平线石油泄漏相关的几个重要科学问题。该项目的主要目标是通过大涡模拟,探索分层和旋转海洋环境底部点源释放的浮力羽流的行为,作为今后对石油和天然气羽流进行解析建模的一个步骤。(一)在次中尺度(空间范围为100米至10公里,时间范围为几天至几周)海洋环境中,浮力羽流的流动模式是什么?它是否表明地下侵入体偏离了主羽流?浮力羽流如何与混合层密度锋相互作用?控制羽流的参数是什么?到达地面的能力?总排放量中有多少是在水面上排放的?(ii)什么是烟羽的三维相对扩散。地表和地下的相对色散有何不同?(iii)三维浮力羽流在其源关闭后的扩散性质是什么?要多久才能消散?它在哪里改变了周围的水特征?虽然这项研究将主要在Boussinesq,牛顿流体模型的背景下进行,两个简单的修改将被考虑。第一个是增加蒸发量,以表示浮出水面后头两天的体积损失,第二个是包括非Boussinesq效应,以包括油和水之间约20%的密度差。计算将采用光谱元素代码Nek 5000,与阿贡国家实验室的Paul Fischer和Aleks Obabko合作进行。IBM BL/G Intrepid机器,最多32,000个CPU。更广泛的影响:该项目的更广泛影响包括加强了来自迈阿密大学、阿贡国家实验室和斯坦尼斯航天中心的海军研究实验室的科学家之间正在进行的合作,以便在该问题的不同方面取得进展,为今后的活动做准备。这项研究的结果也可能导致更好的浮力羽流采样技术,并提供指导如何初始化更大规模的海洋环流模型。这也是一个很好的一步,为未来开发先进的两相计算模型的石油泄漏的应用。
项目成果
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