Abstract Accidental subsea gas releases may cause an underwater gas plume migrating from the seafloor to the sea surface, which may pose offshore fire hazards or instability of ships. Numerical simulation is an efficient approach to model the underwater gas behavior and support risk assessment. To verify the availability of numerical modeling methods for the underwater gas release, this paper establishes a small-scale experiment system to simulate the underwater gas release, and several experiments with the typical conditions are conducted to obtain the plume parameters, e.g. shape, radium and fountain height. Two CFD models, i.e. Eulerian-Eulerian and Eulerian-Lagrangian approaches, are used to reproduce underwater gas plumes in the experimental conditions. The comparison between simulations and experiments is conducted to analyze the effectiveness and the rationality of numerical modeling methods. The results indicate that simulations with two methods are overall consistent with experiments. However, a detailed comparison reflects that Eulerian-Eulerian model cannot satisfactorily capture the transition of jet to plume and the entrainment during gas rising. In contrast, the results from Eulerian-Lagrangian model are better in agreement with experiments. This study verifies these two numerical modeling methods through a small-scale experiment. The validation against full scale tests is suggested in future work to use it as a reliable tool for risk assessment of subsea gas release incidents.

中文翻译：

---

水下气体释放建模与验证分析

摘要 意外的海底气体泄漏可能导致水下气体羽流从海底迁移到海面，从而可能造成海上火灾危险或船舶不稳定。数值模拟是模拟水下气体行为和支持风险评估的有效方法。为验证水下气体释放数值模拟方法的有效性，本文建立了一个模拟水下气体释放的小规模实验系统，并在典型条件下进行了多次实验，以获得羽流参数，如形状、镭和喷泉高度。两种CFD模型，即欧拉-欧拉和欧拉-拉格朗日方法，用于在实验条件下再现水下气体羽流。通过仿真与实验的对比分析数值建模方法的有效性和合理性。结果表明，两种方法的模拟与实验总体上是一致的。然而，详细的比较表明，欧拉-欧拉模型不能令人满意地捕捉到喷流向羽流的转变以及气体上升过程中的夹带。相比之下，欧拉-拉格朗日模型的结果更符合实验。本研究通过小规模实验验证了这两种数值建模方法。建议在未来的工作中对全尺寸测试进行验证，以将其用作海底气体泄漏事件风险评估的可靠工具。结果表明，两种方法的模拟与实验总体上是一致的。然而，详细的比较表明，欧拉-欧拉模型不能令人满意地捕捉到喷流向羽流的转变以及气体上升过程中的夹带。相比之下，欧拉-拉格朗日模型的结果更符合实验。本研究通过小规模实验验证了这两种数值建模方法。建议在未来的工作中对全尺寸测试进行验证，以将其用作海底气体泄漏事件风险评估的可靠工具。结果表明，两种方法的模拟与实验总体上是一致的。然而，详细的比较表明，欧拉-欧拉模型不能令人满意地捕捉到喷流向羽流的转变以及气体上升过程中的夹带。相比之下，欧拉-拉格朗日模型的结果更符合实验。本研究通过小规模实验验证了这两种数值建模方法。建议在未来的工作中对全尺寸测试进行验证，以将其用作海底气体泄漏事件风险评估的可靠工具。Eulerian-Lagrangian 模型的结果更符合实验。本研究通过小规模实验验证了这两种数值建模方法。建议在未来的工作中对全尺寸测试进行验证，以将其用作海底气体泄漏事件风险评估的可靠工具。Eulerian-Lagrangian 模型的结果更符合实验。本研究通过小规模实验验证了这两种数值建模方法。建议在未来的工作中对全尺寸测试进行验证，以将其用作海底气体泄漏事件风险评估的可靠工具。