Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 2. С. 127-139
Теоретическое и экспериментальное исследование эффекта прохождения нефтепродуктов за боновые заграждения
С.А. Ермаков
1,2 , И.А. Капустин
1 , А.А. Мольков
1 , Е.М. Сироткин
2 , Е.Ю. Чебан
2 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород, Россия
Согласно данным аэрокосмических наблюдений поверхности океана, при попытках локализации и сбора разливов нефтепродуктов c использованием боновых заграждений при некоторых условиях имеет место явление частичного прохождения нефти за заграждения. В настоящей работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований эффекта прохождения нефтяной эмульсии за боновые заграждения. Проведены численные расчеты движения частиц (эмульсии) в поле обтекания барьера (бонового заграждения) потоком. Выполнены лабораторные и натурные эксперименты, в ходе которых использовались специальные частицы – имитаторы нефтяной эмульсии, показано хорошее согласие результатов численных расчетов с экспериментом. Наблюдались различные режимы динамики частиц, а именно: удержания частиц барьером при небольших скоростях натекающего потока – при числах Фруда, меньших “критического”; прохождения частиц при больших скоростях в условиях превышения числом Фруда критического уровня. Отмечена важная роль естественной (биогенной) пленки, накапливающейся перед барьером, обтекаемым потоком, установлено, что такая пленка приводит к удержанию “эмульсии” на поверхности воды и ослаблению эффекта переноса частиц за барьер. Обнаружен эффект усиления переноса частиц за барьер в присутствии поверхностных волн. Даны физический анализ динамики частиц в потоке и условий переноса эмульсии за барьер и качественное объяснение результатов численных и физических экспериментов.
Ключевые слова: нефтяная эмульсия, боновые заграждения, течения, пленки поверхностно-активных веществ, поверхностные волны
Полный текстСписок литературы:
- Гущин Л.А., Ермаков С.А. Лабораторное исследование перераспределения поверхностно-активных веществ в поле течений, индуцированных поверхностной волной // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2004, том 40, №2, C. 277-282.
- Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Гущин Л.А. Затухание гравитационно-капиллярных волн в присутствии нефтяной пленки по данным лабораторных и численных экспериментов // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. №4, C. 565 – 572.
- Ермаков С.А. Влияние пленок на динамику гравитационно-капиллярных волн. Н. Новгород. ИПФ РАН. 2010. 165 с.
- Лаврова О.Ю., Костяной А.Г., Лебедев С.А., Митягина М.И., Гинзбург А.И., Шеремет Н.А. Комплексный спутниковый мониторинг морей России. М.: ИКИ РАН, 2011. 470 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
- Чебан Е.Ю., Смирнова М.Л. Особенности использования различных модулей программного комплекса FlowVision при моделировании обтекания технических средств локализации и ликвидации разливов нефти // Труды Всероссийской научно-практической конференции "Инженерные системы 2009", серия "Прикладные исследования в механике" Т1. - М.: Изд. МФТИ, 2009. С. 81 – 86.
- Чебан Е.Ю. Обоснование параметров численного моделирования обтекания бонового ограждения // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2012. № 4. С. 141-148.
- Amini A., Bollaert E., Boillat J.-L., Schleis A. J. Dynamics of low-viscosity oils retained by rigid and flexible barriers // Ocean Engineering. 2008. Vol. 35. P. 1479–1491.
- Gong K., Tkalich P., Xu H. The Numerical Investigation on Oil Slick Behavior behind the Oil Boom // Journal of Environmental Protection. 2014. Vol. 5. P. 739-744.
- Leibovich S. Oil Slick Instability and the Entrainment Failure of Oil Containment Booms // Journal of Fluids Engineering. 1976. Vol. 98. P. 98-103.
- Tkalich P., Chan E.S. Vertical mixing of oil droplets by breaking waves // Marine Pollution Bulletin. 2002. Vol. 44. P. 1219-1229.
- Lee C.M., Kang K.H. Prediction of Oil Boom Performance in Currents and Waves // Spill Science & Technology Bulletin. 1997. Vol. 4. P. 257-266.
- Mockros L.F., Krone R.B. Hydrodynamic effects on an Interfacial Films // Science. 1968. Vol. 161. P. 361-363.
- Dysthe K.B. On surface renewal and sea slicks in Marine surface films. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. P. 65-74.